變頻技術(shù)催化裂解裝置范文

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大慶煉化公司煉油二廠(chǎng)的180萬(wàn)噸/年重油催化裂解裝置的油漿外甩槽子冷卻用水、余熱鍋爐外排污水、水封罐外排循環(huán)水及機(jī)泵冷卻用水使用后流入到地下水池,這些污水被提升泵升壓送往循環(huán)水系統(tǒng)回收利用。這部份污水的普遍特點(diǎn)是工藝變動(dòng)時(shí)各處排水量變化大,其總量110t/h到320t/h之間波動(dòng),導(dǎo)致污水提泵工況變化大。隨著建設(shè)"節(jié)約型社會(huì)"和"清潔生產(chǎn)"意識(shí)的日益提高,該裝置對(duì)其轄屬的污水系統(tǒng)于2006年9月實(shí)施了以變頻技術(shù)為核心的節(jié)能和優(yōu)化操作改造,達(dá)到節(jié)能、杜絕污染、降低維修費(fèi)用以及優(yōu)化操作的目的,在改造后,取得了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1改造前系統(tǒng)狀態(tài)和存在問(wèn)題

1.1提升泵的參數(shù)和流程

污水提升系統(tǒng)中核心的設(shè)備是三臺(tái)立式泵,泵體直接插入污水池內(nèi),污水池體積較小,泵插入水中的深度受泵的插入長(zhǎng)度(1m)限制,可控操作液位僅有0.5m。且泵出口僅有一蝶閥現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)進(jìn)行流量和水池液位的控制。泵的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

由于立式提升泵直接安裝有污水池上方的大跨度水泥梁上,基礎(chǔ)剛度相對(duì)較差,運(yùn)行過(guò)程機(jī)泵會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的振動(dòng)。在泵抽空等不良運(yùn)行狀態(tài)下,機(jī)泵會(huì)產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的振動(dòng),加速了機(jī)泵故障的出現(xiàn)。

該系統(tǒng)的流程較為簡(jiǎn)單(見(jiàn)圖1)。三臺(tái)提升泵一開(kāi)兩備或兩開(kāi)一備,隨水量的變化操作較為困難,稍處理不及時(shí)就會(huì)出現(xiàn)污水外溢事件發(fā)生,污染周?chē)h(huán)境。

1.2流量設(shè)計(jì)和水量調(diào)節(jié)方式不合理

污水流量變化大,且三臺(tái)泵設(shè)計(jì)流量匹配不合理。在水量較小時(shí),3#泵不能滿(mǎn)足流量的要求,1#泵或2#泵單獨(dú)使用時(shí)也易出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,導(dǎo)致設(shè)備損壞,造成維修次數(shù)和費(fèi)用增加。

通過(guò)閥控制流量調(diào)節(jié)外排水量,系統(tǒng)功率損耗大,工人勞動(dòng)量大。流量突增時(shí),泵又不能滿(mǎn)足排水量的要求,易出現(xiàn)污水外溢事件,污染周邊環(huán)境。

2提升泵變頻調(diào)節(jié)排水技術(shù)

2.1節(jié)能原理

假設(shè)系統(tǒng)要求流量由Q1減少到Q2,兩種調(diào)節(jié)方式的特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

a、閥門(mén)調(diào)節(jié)(關(guān)小閥門(mén))。閥門(mén)磨擦阻力增大,管網(wǎng)特性曲線(xiàn)由R移至R′、揚(yáng)程從Ha上升至Hb、運(yùn)行工況點(diǎn)從a移至b。

b、變速調(diào)節(jié)。管網(wǎng)特性曲線(xiàn)不變,泵的特性取決于轉(zhuǎn)速,泵特性曲線(xiàn)由(Q-H)移至(Q-H)′、揚(yáng)程從Ha下降至Hb。運(yùn)行工況點(diǎn)從a移至c。

根據(jù)離心泵特性曲線(xiàn)公式:

式中N——水泵工況點(diǎn)軸功率,Kw

Q——工況點(diǎn)的流量,m3/s

H——工況點(diǎn)的揚(yáng)程,m

ρ——輸送介質(zhì)密度,Kg/m

η——工況點(diǎn)的泵效率,%

得出泵運(yùn)行在b、c點(diǎn)的軸功率和ΔN為:

可見(jiàn)調(diào)至同樣流量,閥門(mén)調(diào)節(jié)會(huì)損耗ΔN功率,形成能量損失,且隨著閥門(mén)不斷關(guān)小,ΔN還將增加,采用變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制流量,可避免ΔN功率的損耗。在九江石化公司的變頻應(yīng)用中證明,當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行80%時(shí),節(jié)能可達(dá)到40%。[2]

2.2常用的污水泵變頻調(diào)速排水模式

變量恒壓模式。保持污水外排水管壓力不變,通過(guò)管網(wǎng)閥門(mén)控制、增減水泵臺(tái)數(shù)、泵出口打回流或者變頻調(diào)速調(diào)節(jié)泵的出水量。對(duì)于某一恒壓P,變頻調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速(n1、n2、n3……),可得到不同流量(Q1、Q2、Q3……)以控制污水池的液位。這種變頻模式可節(jié)省泵出口閥節(jié)流限壓的能量消耗,較傳統(tǒng)排水方式節(jié)能20%,控制比較方便,管網(wǎng)壓力基本恒定。該模式適合水量波動(dòng)幅度小、泵出口壓力要求穩(wěn)定的污水系統(tǒng)。

變壓變量模式。由于裝置污水排放量變化較大。在原有的排水系統(tǒng)中投運(yùn)水泵臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速不隨排水量變化而改變,負(fù)荷低峰時(shí)將浪費(fèi)電能。根據(jù)排水量和水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系,用變頻器調(diào)整水泵工況點(diǎn),調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速(使其恰好位于管網(wǎng)特性曲線(xiàn)上),通過(guò)控制污水池的液位,實(shí)現(xiàn)其進(jìn)水與排水的平衡。生產(chǎn)中對(duì)排水壓力的變化沒(méi)有過(guò)多要求,流量變化很大,這種模式更適合于煉油廠(chǎng)催化裂解裝置的污水回收系統(tǒng)。

3污水排放系統(tǒng)工程改造

3.1前期工作

為保證變頻調(diào)速技術(shù)在污水提升排放系統(tǒng)的可靠應(yīng)用,采取有力措施治理泵P2的基礎(chǔ),提高其備用的可靠性;選擇大流量的泵P1使用變頻技術(shù);安裝45Kw西門(mén)子變頻器一臺(tái);在裝置DCS上增設(shè)以污水池液位為控制目標(biāo)的PID控制器;更換靈敏度較高的液位傳感器。

3.2污水提升排水自動(dòng)化系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方式。改造后的系統(tǒng)是以污水池液位為控制對(duì)象,更換水池液位傳感器,水泵電源增設(shè)變頻器,在裝置的DCS上增加PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)的PID控制系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)。系統(tǒng)通過(guò)控制泵P1的轉(zhuǎn)速,穩(wěn)定污水池的液位,具有實(shí)時(shí)采集水位、液位異常報(bào)警的功能。同時(shí),可在DCS的PID調(diào)節(jié)器上使用手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式遠(yuǎn)程控制,達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行之目的。

運(yùn)行方式。系統(tǒng)控制一臺(tái)水泵,采用一開(kāi)二備的方式,泵P1作為主泵,變頻運(yùn)行,泵P3作為第一備用泵備用,泵P2作為第二備用泵備用;通常情況變頻泵P1排水,泵的轉(zhuǎn)速以水位為控制目標(biāo),當(dāng)該泵超過(guò)其功率時(shí),先啟一臺(tái)小泵P3增加流量,此時(shí),要求小泵P3滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),P1變頻進(jìn)行適量調(diào)節(jié);如流量繼續(xù)增加,兩臺(tái)泵均超負(fù)荷或長(zhǎng)時(shí)間都達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷時(shí),停小泵P3,啟運(yùn)大功率泵P2。這種運(yùn)行方式完全能滿(mǎn)足裝置最大工況運(yùn)行,且在實(shí)際生產(chǎn)中未發(fā)生污水外溢事件。

4.運(yùn)行效果

4.1保證了環(huán)保要求。改造前,當(dāng)處于裝置不正常運(yùn)行且操作不及時(shí),就會(huì)發(fā)生污水外溢事件,污染裝置周邊場(chǎng)地,不完全統(tǒng)計(jì)每年都有3到6次。改造后,污水外溢事件再未發(fā)生。

4.2系統(tǒng)運(yùn)行可靠。變頻啟動(dòng)和調(diào)速,P1電機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降,運(yùn)行狀況明顯改善,機(jī)泵完好率達(dá)到100%。水泵出口閥全開(kāi),消除了閥門(mén)節(jié)流產(chǎn)生的噪聲。運(yùn)行中隨著壓力的變化,變頻器輸出頻率一般在30~40Hz,泵轉(zhuǎn)速下降了20-40%,水泵出口壓力保持在0.3MPa以下。同時(shí),機(jī)泵的檢修費(fèi)用每年可節(jié)省1.5萬(wàn)元。

4.3節(jié)能效果顯著。對(duì)比分析設(shè)備正式投入使用前后20天的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)。可見(jiàn)每年按運(yùn)行330天計(jì)算,可節(jié)約電費(fèi)9萬(wàn)余元。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)排水系統(tǒng)各自特點(diǎn)可選擇不同的形式實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,工業(yè)污水排放系統(tǒng)宜采用變壓變流量方式,實(shí)踐證明采用變頻調(diào)速技術(shù),不僅節(jié)約能源,而且對(duì)于提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低維修費(fèi)用,消除污水外溢對(duì)環(huán)境的污染,都有顯著的效果。該方法還可推廣到用水流量變化大、管網(wǎng)壓力要求不嚴(yán)格且需連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)用水及農(nóng)業(yè)灌溉等方面。