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變頻器在天然氣凈化中的應(yīng)用
變頻器在天然氣凈化中的應(yīng)用
在石化工程中，油氣集輸、凈化等系統(tǒng)中使用的油泵、溶液泵經(jīng)常處于變工況運(yùn)行，采用強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥方式，會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能源損失，易使泵形成旋渦沖擊，產(chǎn)生激烈振動(dòng)的噪聲，降低泵的運(yùn)行壽命和造成環(huán)境污染。目前，較*的方法是改變泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一定壓力下流量的調(diào)節(jié)，滿足工藝要求。采用了變頻器后，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流可降至額定電流的1.5~2倍，保護(hù)了發(fā)電機(jī)和降低了發(fā)電容量，是凈化廠安全可靠運(yùn)行的保證。
二、凈化工藝簡(jiǎn)介
凈化天燃?xì)獾哪康模褪浅ピ蠚庵械牧蚧锖退荨DEA溶液由泵壓至塔頂，在高壓、常溫下，通過(guò)交換層流下，與原料氣中的硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生新的化合物，并且該物質(zhì)加熱后，分解還原為MDEA溶液和硫化氫氣體，MDEA溶液可循環(huán)使用，分離產(chǎn)生的硫化氫被放空焚燒；脫硫后的原料氣由下進(jìn)入脫水塔，TEG溶液由泵壓至塔頂，并自上而下與原料氣充分接觸，TEG溶液吸收水份，加熱后水份自然汽化從而達(dá)到脫水的目的，TEG溶液又進(jìn)入再循環(huán)使用。
隨著外輸氣量的變化以及時(shí)間、季節(jié)的影響，原料氣的氣量隨之發(fā)生變化，要求MDEA及TEG溶液的循環(huán)量也相應(yīng)變化，同時(shí)，可以減少M(fèi)DEA及TEG溶液循環(huán)損耗以及降低加熱爐的能耗。
三、變頻器的節(jié)能
MDEA及TEG溶液的循環(huán)量隨原料氣的變化而相應(yīng)變化，傳統(tǒng)的方法是采用調(diào)節(jié)閥，這種方法不節(jié)約電能，而采用變頻器調(diào)節(jié)泵的排量，不但可以減少溶液循環(huán)的損耗和熱爐的能耗，而且，還可以節(jié)約電能，其節(jié)能分析如下：
MDEA泵轉(zhuǎn)速與其排量、壓力、功率的關(guān)系式如下：
圖1
圖1中：QN為MDEA和'IEG溶液泵的額定流量，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為N；Qb也為實(shí)際要求的循環(huán)量，電機(jī)轉(zhuǎn)速為Nb。圖1所示陰影面積為采用變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)量后所節(jié)約的泵功率。不難看出，循環(huán)量減少，其節(jié)能是非常顯著的，但要達(dá)到最佳節(jié)能效果還取決于：
維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的壓力流量和保證一定的揚(yáng)程；
工藝系統(tǒng)變工況狀態(tài)相似；
電機(jī)運(yùn)行在Q——η曲線的高效區(qū)。
四、滿足凈化工藝的變頻器控制系統(tǒng)
在長(zhǎng)慶氣田第一凈化廠工程中采用變頻器，有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
1、保護(hù)發(fā)電機(jī)，使凈化廠安全可靠運(yùn)行
因建廠時(shí)，凈化廠發(fā)電機(jī)一期工程引進(jìn)美國(guó)瓦特夏燃?xì)鈨?nèi)機(jī)組，共2×1840KW，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別接在兩段母線上。當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)組因故停止供電，凈化廠配電裝置有一段母線負(fù)荷不帶電，因一期工程運(yùn)行三套裝置，該段母線上帶的有可能是兩套裝置的負(fù)荷，為了使兩套裝置不因發(fā)電機(jī)故障而停產(chǎn)，接在該段母線上的MDEA循環(huán)泵、再生塔回流泵、TEG循環(huán)泵同時(shí)自啟勸，這瞬間只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，帶一段母線的正常負(fù)荷和另一段母線同時(shí)自啟動(dòng)的負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算，這瞬間發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷電流為2957安培，而凈化廠該瞬間沖擊電流為3722安培，必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)全部甩負(fù)荷，進(jìn)而威逼整個(gè)凈化廠停產(chǎn)。而裝有變頻器后，凈化廠沖擊電流降至1768安培，這樣，一期工程，三臺(tái)發(fā)電機(jī)組可以滿足要求。
因此，裝變頻器的一次投資與損失天然氣的能量或增大發(fā)電機(jī)容量的投資相比，是非常經(jīng)濟(jì)的。
2、控制、接線系統(tǒng)優(yōu)化
在長(zhǎng)慶氣田第一凈化廠工程中設(shè)計(jì)選用了美國(guó)羅賓康ID-454GT變頻器，該變頻器的特點(diǎn)在于有良好的人機(jī)界面，LCD顯示鍵盤(pán)可同時(shí)在線顯示5種運(yùn)行的參數(shù)值，詳細(xì)、準(zhǔn)確反應(yīng)了變頻器工況。其接線和控制系統(tǒng)如下：
上述控制線有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
加裝接觸器作旁路，提高了供電的可靠性。
采用手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)兩種方式，可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)切換、選擇。自啟動(dòng)采用分批啟動(dòng)，不僅可以減少全廠電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，而且還可以避免雙電源時(shí)，工藝裝置重新開(kāi)車(chē)。
分批自啟動(dòng)，可采用時(shí)間繼電器控制，也可采用PLC控制。由于該工程分三期工程建設(shè)，故采用了時(shí)間繼電器的控制方式。
運(yùn)行方式可開(kāi)環(huán)運(yùn)行，也可閉環(huán)運(yùn)行。開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器。
在該工程設(shè)計(jì)中，考慮到該廠規(guī)模很大，又十分重要，現(xiàn)在就采用這種新的控制系統(tǒng)，還沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，在處理量大的天然氣凈化廠中，自控儀表專(zhuān)業(yè)有較成熟的經(jīng)驗(yàn)，因此，該廠投運(yùn)初期，仍保留了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，待運(yùn)行正常后，掌握了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，再采用變頻器的控制方式。先采用手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器，即開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，逐步實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。
3、可降低能耗
三套裝置的MDEA、TEG循環(huán)泵共有3臺(tái)75KW，3臺(tái)11KW電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，一年可節(jié)電68.5萬(wàn)KW·h（由于投產(chǎn)初期為開(kāi)環(huán)運(yùn)行，若為閉環(huán)運(yùn)行節(jié)電更大），變頻器的一次投資能在3-5年內(nèi)償還，是經(jīng)濟(jì)合理的。
五、系統(tǒng)投運(yùn)存在的問(wèn)題
該變頻器投運(yùn)初期，時(shí)常顯示欠壓、接地、短路故障，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
變頻器報(bào)欠壓故障，經(jīng)核實(shí)原為所訂變頻器的電源電壓允許偏差為±5%，而該廠投運(yùn)初期，電源電壓波動(dòng)較大，難以適應(yīng)。因此，在確定技術(shù)條件時(shí)，應(yīng)加以注意。
因防爆要求，電機(jī)位于裝置區(qū)，而變頻器則在配電室，二者平均間距150-300米，因此，電機(jī)電纜的雜散電容對(duì)變頻器的影響較為明顯。由于變頻器出廠時(shí)載波頻率設(shè)計(jì)為8KHz，所以，變頻器輸出電壓中，含有較豐富的為載波頻率倍數(shù)的高次諧波電壓，由于未加裝輸出濾波器，因此，在長(zhǎng)的電纜上易形成附加的高次諧波電流，該電流造成變頻器電流檢測(cè)失誤，誤報(bào)接地、短路故障。為此，將出廠載波頻率調(diào)到最小（1KHz），解決了變頻器故障報(bào)警事故，確保了裝置安全可靠運(yùn)行。
六、結(jié)論
采用變頻器調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：
調(diào)節(jié)的品質(zhì)好，平穩(wěn)，精度高（元級(jí)調(diào)速）；
取消了調(diào)節(jié)閥的截流損失；
能耗明顯降低；
啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，對(duì)電源（發(fā)電機(jī)）沖擊小，可降低發(fā)電機(jī)容量；
電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)高，可減少補(bǔ)償容量。