輸油泵在實(shí)際工作中往往需要通過(guò)控制輸油泵出口閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量，造成能源的浪費(fèi)。浦航油庫(kù)通過(guò)輸油泵電機(jī)的節(jié)能改造，保障安全，降低能耗，節(jié)約了能源。
輸油泵是長(zhǎng)輸管線的動(dòng)力源，是油庫(kù)的心臟，是油庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行中主要能耗設(shè)備。在實(shí)際工作中，往往出現(xiàn)泵特性和管路特性不匹配的情況，需要通過(guò)控制輸油泵出口閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量滿足生產(chǎn)工藝要求，這種流量調(diào)節(jié)方式在輸油泵出口閥門(mén)前后產(chǎn)生較大的能源消耗在泵出口閥前后，造成能源的浪費(fèi)。浦航油庫(kù)通過(guò)輸油泵電機(jī)的節(jié)能改造，完全打開(kāi)泵出口閥門(mén)，達(dá)到了改善工藝，保障輸油安全的目的，同時(shí)降低了輸油單耗，節(jié)約了能源。本文介紹浦航油庫(kù)節(jié)能改造情況，以期通過(guò)該事例在業(yè)內(nèi)推廣節(jié)能技術(shù)，對(duì)相關(guān)單位有所幫助。
1 現(xiàn)狀調(diào)查
上海浦航石油有限公司油庫(kù)承擔(dān)了上海地區(qū)兩大機(jī)場(chǎng)70%以上的航油保障，油庫(kù)至浦東機(jī)場(chǎng)油庫(kù)長(zhǎng)輸管線全長(zhǎng)18.4km，是上海航空港的主動(dòng)脈。浦航油庫(kù)輸油泵電機(jī)額定功率為1000KW/10KV，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1480r/min，油泵額定流量為1500 m3/h，額定揚(yáng)程220kPa(m)，2013年運(yùn)行時(shí)間1950小時(shí)。由于地形、輸油管阻力等原因，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，輸油泵流量接近2000m3/h，而機(jī)場(chǎng)油庫(kù)要求流量需控制在1500m3/h左右。目前浦航輸油泵電機(jī)沒(méi)有調(diào)速裝置，只有采用控制出口閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量以滿足生產(chǎn)要求。輸油泵出口閥門(mén)只允許開(kāi)度為30%左右，實(shí)際流量為1500m3/h左右、揚(yáng)程約165kPa(m)，電機(jī)功率為882.77KW。
由于采用原始的調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度的方式僅僅改變管道的流通阻力，而驅(qū)動(dòng)源的電機(jī)輸出功率并沒(méi)有改變，增加了電機(jī)的負(fù)荷與管網(wǎng)泵出口及出口閥門(mén)的壓力，出口閥容易損壞、管網(wǎng)壽命降低、油泵葉輪磨損大、電機(jī)與油泵振動(dòng)量大、設(shè)備壽命大大縮短，安全系數(shù)大大降低，同時(shí)無(wú)功功率增加，浪費(fèi)了大量電能，生產(chǎn)用電量高，生產(chǎn)成本不易降低，因此該電機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造成為當(dāng)務(wù)之急。
考慮到實(shí)際節(jié)能效果和未來(lái)的延展性，我們選擇了高壓變頻改造技術(shù)，高壓變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)輸管線泵機(jī)上已使用多年，技術(shù)成熟，調(diào)節(jié)方便，適用性好，節(jié)能效果明顯，能更有效的達(dá)到節(jié)能效果。
2輸油泵電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理
R2為現(xiàn)有工況(出口閥門(mén)開(kāi)度30%)時(shí)管網(wǎng)阻力特性，R1為出口閥門(mén)全開(kāi)時(shí)管網(wǎng)阻力特性;S1、S2、S3分別對(duì)應(yīng)全流速、現(xiàn)有工況、調(diào)速后特性曲線;現(xiàn)有工況下，特性曲線S2與R2相交于M2點(diǎn)，M2即為現(xiàn)有工況點(diǎn)，即出口閥門(mén)開(kāi)度為30%時(shí)工況點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程H2為165kPa(m)，目前實(shí)際運(yùn)行流量Q2為1560m3/h。
  在變頻狀態(tài)下，離心泵轉(zhuǎn)速降低為820 r/min左右時(shí)，其特性曲線為S3，由于此時(shí)泵出口閥被全開(kāi)，管路特性曲線變?yōu)檩^為平坦的R1，此時(shí)S3與R1交于M3點(diǎn)，即為新的工況點(diǎn)，此時(shí)保持離心泵排出量不變?nèi)詾?560m3/h，但泵的揚(yáng)程H3降低為135kPa(m)，采用降低油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保證滿足輸油量的情況下，通過(guò)削減離心泵楊程節(jié)約的能量為H2M2M3H3的面積。這就是離心輸油泵變頻節(jié)能的原理。
3 浦航變頻改造情況
浦航公司的油泵電機(jī)為高壓三相異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)本身不具備調(diào)速功能，若要調(diào)速需增加調(diào)速裝置控制電機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻調(diào)速將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，采用多電平技術(shù)，將輸出隔離變壓器的多個(gè)副邊繞組，分別為各功率單元供電，通過(guò)多個(gè)IGBT功率單元串聯(lián)疊加后，達(dá)到完美無(wú)諧波高壓輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行。該方式可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)久耐用，維護(hù)方便。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)固然可產(chǎn)生較好的節(jié)能效益，但由于輸油系統(tǒng)屬于油庫(kù)生產(chǎn)中的一個(gè)重要樞紐環(huán)節(jié)，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，除對(duì)設(shè)備本身要求有較高的可靠性之外，在技術(shù)方案上必須與現(xiàn)場(chǎng)的工藝特點(diǎn)相結(jié)合，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)操作的安全性，適用性和方便性。浦航油庫(kù)采用了以下技術(shù)措施：
系統(tǒng)具備工頻、變頻手動(dòng)切換功能。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以切換到工頻檔，在變頻系統(tǒng)維修期間可正常保障輸油泵的運(yùn)行，滿足油庫(kù)生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置、啟動(dòng)、停止以及緊急停機(jī)按鈕，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作。優(yōu)化系統(tǒng)的保護(hù)參數(shù)，確保輸油系統(tǒng)的連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。在應(yīng)用于輸油系統(tǒng)時(shí)對(duì)一些保護(hù)的參數(shù)按實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，避免由于變頻系統(tǒng)的保護(hù)過(guò)于靈敏而造成輸油泵停機(jī)，影響輸油系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。在變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置適合于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的報(bào)警功能，并對(duì)運(yùn)行的參數(shù)，操作情況，故障情況具有詳細(xì)的記錄功能。
4 油泵電機(jī)改造后的節(jié)能效益
浦航油庫(kù)長(zhǎng)輸管線輸油泵電機(jī)采用高壓變頻器節(jié)能改造后，電機(jī)轉(zhuǎn)速降為為820r/min左右，電機(jī)功率為468KW左右，節(jié)電率達(dá)到47%，既提高了油泵的運(yùn)行效率，又滿足了生產(chǎn)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的參數(shù)，油泵每年按1950小時(shí)運(yùn)行，電價(jià)為1.30元/度計(jì)算，油泵年節(jié)約電費(fèi)為(882.77-468)×1950×1.30≈105.14萬(wàn)元。
浦航油泵電機(jī)節(jié)能改造的設(shè)備投入成本約為80.00萬(wàn)元，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，設(shè)備投入回收期不足1年?？紤]到高壓變頻調(diào)速設(shè)備壽命為20年，20年內(nèi)節(jié)省接近2千萬(wàn)元電費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
5 結(jié)束語(yǔ)
高壓變頻調(diào)速是輸油泵電機(jī)的節(jié)能改造的有效途徑，通過(guò)調(diào)速技術(shù)，可以完全打開(kāi)泵出口閥，有效地避免了輸油泵出口閥的節(jié)流損失，同時(shí)還較好的減少輸油泵機(jī)組的機(jī)械沖擊、摩損和噪音，提高了安全系數(shù)，延長(zhǎng)了輸油泵機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)周期及使用壽命。隨著國(guó)家能源緊張嚴(yán)峻的形勢(shì)，提高能效、節(jié)約能源是國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要目標(biāo)和措施，通過(guò)節(jié)能改造，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，提高企業(yè)生產(chǎn)能力，增強(qiáng)設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，具有很好的社會(huì)效益。
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