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1变频调速技术在烷基苯装置上的应用分析与节能计算张寒军由于变频调速技术优越的节能特点，在石油化工、热电、供水和输送行业越来越多地运用变频技术，来提高电能的利用率。据统计变频调速技术运用于泵类产品，其节能率均在30％以上，其节能效果可观。本文将结合烷基苯装置的泵类运行的特点，摸索应用变频技术的节能率的计算方法，为装置的电机节能改造提供计算的依据。1、定速泵耗能的原因1.1设计时流量与扬程的设计余量过大，造成选型不合理设计人员在设计时，通常应考虑所需的最大流量与最大压头来选型，有时也会过高估算管路的阻力，造成实际操作中泵工作点远低于额定点，泵长时间运行于低效区，增加了无效能耗。1.2传统的流量控制方案，增加了无效能耗由于定速机泵（离心泵）转速固定，通常是通过在出口管路上的阀门或控制阀来控制流量，也就是通过改变管路的特性（即管路阻力）来改变流量。由泵的特性曲线图1上可知，控制阀关小后，管路特性变陡，泵的出口压力升高，但功率如图1中的阴影部分所示，并没有减少很多。往往一条管路上的阻力，绝大部分来自于控制阀的阻力，这使大量能量消耗于控制阀上，并且使控制阀前后压力差增大，不易调节，噪音增加。Q流量H2H扬程n1高转速Q1Q2H1ABn2低转速Q流量Q1Q2H1H扬程H2图1定速泵利用控制阀改变管路特性来改变流量的功率变化图图2变频调速泵利用调速转速改变流量的功率变化图OOAB22、变频泵的节能原理与特点变频泵的主要是利用变频技术来调节泵的转速。对于泵的特性来说，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比，所以转速的改变能使电机的输出功率有很大的变化。由图2可知，在管路阻力不变的情况下，流量Q2下所需的功率为图2中的阴影面积，比图1中用控制阀来控制流量所需的功率要减少了许多。变频调速的使用意义便在于利用降低泵转速来降低出口压力，同时控制阀开度增大，将系统管路阻力降至最低，从而有效降低泵的输出功率。图3为在相同的流量下，变频调速后功率的变化，即图3中的阴影部分。可以看出在流量不变的情况下，泵的功率与实际的扬程成正比。也可利用公式推导：泵的功率为：P=ρ×Q×H×g/η（公式1）其中：P=泵的功率，ρ=流体密度，Q=通过泵的流量，H=泵产生的扬程η=泵的效率，g=重力加速度机泵正常运转时，泵出入口的压力差ΔP＝ρgH，所以公式1也可写为：P=Q×ΔP/η(公式2)308V的电机功率P=√3×U×I×cosф(公式3)电机的电流为：I＝Q×ΔP/（η×√3×U×cosф）(公式4)由于流量不变，泵的效率也不会变化，所以在相同的工艺条件下，泵的功率只与泵出入口压力差成正比。在实际的操作中，我们也进行了相关的验证：Q1Q流量H1H2H扬程控制阀关小的管路特性曲线n1高转速控制阀开大的管路特性曲线n2低转速图3变频调速后，将控制阀开大，保持流量不变，功率变化图OAB3脱烷烃塔回流泵P-410变频调速数据表（注总流量恒定为330t/h）设定值％505560657080859095100入口压力Mpa0.180.180.180.180.180.180.180.180.180.18出口压力Mpa0.30.350.40.460.510.630.690.760.830.91出入口压差Mpa0.120.170.220.280.330.450.510.580.650.73泵电流A43.855.265.87994.7129.3148169.6194217由表和图可知，泵出入口的压力差与泵的电流成正比。0501001502002500.120.170.220.280.330.450.510.580.650.73三、变频调速改造的计算我们在改造之前，一般希望得到变频改造后能节省多少电能，以便于进行投资成本与效益方面的核算。所以我们首先要对正常运行的装置进行调研，确定变频调速改造后机泵电流的变化。调研一般应在正常操作时进行，并收集以下数据：1、泵入口压力P入：该压力值可从正常备用泵的出口压力表上读出。2、泵出口压力P出：该压力值可从正常运行泵的出口压力表上读出。3、控制阀阀前压力P前：该压力值可从控制阀前的压力表上读出。4、控制阀阀前压力P后：该压力值可从控制阀后的压力表上读出。如现场没有压力表，通常可从阀组的低点导淋阀后接压力表测出。5、泵电机的电流I：该值应在正常流量控制时，从电机的电流表上读出。根据上述数据，首先算出正常流量控制时，控制阀的压力降为：ΔP阀＝P前－P后估算出变频调速后维持正常流量时运转泵的出口压力：4P’出＝P出－ΔP阀对于流量不变时，泵效率不变，功率因素也按不变计算，根据公式（4）可知，I变/I=(P’出－P入)/(P出－P入)=(P出－ΔP阀－P入)/(P出－P入)求得变频调速后的电机电流后，即可根据P＝1.732UIcosф的公式计算出最终所需的功率。举例：烷烃塔回流泵P-303的正常流量为98t/h,入口压力为0.2Mpa，出口压力为2.0Mpa，控制阀前压力为2.0Mpa，控制阀阀后压力为0.8Mpa，现场电机电流为230A，则：变频调速后泵出口压力为：P’出＝2.0－0.8＝1.2Mpa变频调速后泵电机电流为：I变=(P’出－P入)/(P出－P入)×I＝（1.2－0.2）/（2.0－0.2）×230＝127A所节约的电能为：P＝1.732×0.38×127×0.85＝71KW四、变频调速改造的工艺设计与操作在变频调速改造过程中，通常应保留控制阀的系统，并根据不同的系统特点，设计不同的控制方案：1、单纯流量控制：直接用流量信号来设定变频信号，也可利用串级控制。这种方案适合于泵出口只有一路的流程。操作时，可将控制阀和副线阀手动全开，将管路阻力降至最低，以节省电能。2、将变频手动设定，控制阀自动设定。如果单独应用变频控制流量可能会使流量控制不精确，可将控制阀与流量信号自动设定，然后手动降低频率，维持控制阀开度尽量大，并且流量能精确控制。3、在控制系统中增加选择器，可以选择流量由变频控制或由控制阀控制，以增加控制的灵活性。当变频器控制不稳定或变频器故障切至工频运行时，操作人员能方便地切至控制阀控制，这种方案以其灵活方便的特点，最适合现有装置的变频改造方案。4、对于泵出口有多路流量控制时，除变频手动设定方案外，还可以用变频与泵出口压力串级控制，各路用控制阀调节。维持泵出口压力最低，并能满足各路流量控制的需要。5、对于循环水、稳高压消防水等供水系统，可直接从泵出口引压力信号来设定机泵频率。五、对于江苏金桐表面活性剂装置的变频调速改造的调研江苏金桐表面活性剂装置设计能力为年产10万吨烷基苯，但实际设计过程中有许多机泵扬程过高，而造成装置电力能耗过高，我们根据文章上述的公式，对装置大功率的机泵进行变频改造核算如下：5江苏金桐表面活性剂装置大功率机泵变频改造计算表机泵位号流量入口压力出口压力变频后压力额定功率实际电流实际功率变频后电流变频功率节省功率单位t/hMpaMpaMpaKWAKWAKWKWP-302940.150.90.5758547.639.722.225.4P-303940.1821160235131.5105.959.272.2P-306940.150.80.4457039.226.915.124.1P-308620.1510.4758044.823.513.231.6P-308620.1510.4758044.823.513.231.6P-4032500.81.317510558.742.023.535.2P-407960.150.50.3303720.715.98.911.8P-412700.20.750.4303620.113.17.312.8P-562500.10.70.4222815.714.07.87.8P-5014000.41.81.2303405226.6231.4129.597.1P-5014000.41.81.2303405226.6231.4129.597.1P-521100.121.2305229.130.116.812.2总计－－－－1223－905－446459由上表可知，不相同处理量的情况下，变频改造后电能将从905KW降为446KW，节电率将达到50.7％左右。如果用其来调节流量，则节电率将更高。对于以上改造的效益估算如下：根据上表所列的机泵加上备用机泵，需变频的功率为2068KW（假设按电机额定功率设计），变频器价格按600元/KW计，则所需改造费用为124万元。按每度电0.6元，变频投用所预计节能为459KW计，所产生的年效益为：459×0.6×24×360/10000＝238万元/年，半年就能收回所有投资。结论：1、变频调速器运用于机泵能降低出口压力，控制流量，消除因控制阀阻力而产生的电能浪费，节能效果明显。2、在变频改造过程中，可通过实际电流、出入口压差、控制阀压力降等数据，计算出变频改造后的电机电流和实际功率。3、变频改造后可用多种控制方案来控制流量，具有控制灵活、方便的特点。4、通过对装置大功率泵的调查，变频改造后节电率达50％以上，半年就能收回投资，经济效益极佳。