離心泵變頻節(jié)能技術(shù)在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中的應(yīng)用
針對(duì)離心泵的變頻節(jié)能技術(shù)在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中的應(yīng)用，對(duì)離心泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本工作原理、節(jié)能原理及在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中實(shí)際運(yùn)用的闡述，結(jié)果表明，離心泵變頻節(jié)能技術(shù)在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中節(jié)能降耗應(yīng)用中具有優(yōu)越性和重要意義。
由于離心泵具有排量大、能串聯(lián)工作、運(yùn)行平穩(wěn)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于維修等優(yōu)點(diǎn)，在輸油管道上得到了廣泛的應(yīng)用。與離心泵配套的原動(dòng)機(jī)大多數(shù)是電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)本身不具備調(diào)速功能，但電動(dòng)機(jī)可以采用變頻方法改變轉(zhuǎn)速，來改變泵的工作特性實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
1、變頻調(diào)速原理
離心泵根據(jù)下面的交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系進(jìn)行變頻調(diào)速：
n = 60f (1-s) / p (1)
式中： f —電機(jī)的電源頻率，Hz；p —電機(jī)的極對(duì)數(shù)；s —轉(zhuǎn)差率；n —電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
顯然，通過均勻改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率f，便能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的平滑改變，軸功率及電動(dòng)機(jī)輸入功率隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低而相應(yīng)降低，進(jìn)而達(dá)到變頻調(diào)速節(jié)能目的。
2、變頻調(diào)速的節(jié)能原理
離心泵的工況的調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)流量，一般采用改變離心泵出口閥的開度大小和改變離心泵的轉(zhuǎn)速兩種調(diào)節(jié)方法。第一種方法要求選泵的流量范圍較大，選擇的電機(jī)功率正常運(yùn)行時(shí)泵出口閥始終處于半開狀態(tài)，當(dāng)需要改變流量時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)泵的出口閥門開度大小，調(diào)節(jié)流量是比較方便，但調(diào)節(jié)滯后，而且造成巨大的能耗；第二種方法會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，也提高了電動(dòng)機(jī)輸入功率，進(jìn)而使離心泵的流量也增加，泵的功率損失很小。改變離心泵的轉(zhuǎn)速后，在管路特性曲線不變的情況下，離心泵的性能參數(shù)按照下面的規(guī)律改變。
式中：Q、H、N—轉(zhuǎn)速為n 時(shí)離心泵的流量、揚(yáng)程、功率；Q1、H1、N1—轉(zhuǎn)速為n1 時(shí)離心泵的流量、揚(yáng)程、功率。
采用閥門調(diào)節(jié)的情況下，要求離心泵流量從Q1降到Q2 時(shí)，勢(shì)必將閥門關(guān)小，便增大了閥門摩擦阻力，管路特性曲線從R 變?yōu)镽′，離心泵的揚(yáng)程從Ha 變?yōu)?Hb，工作點(diǎn)從a 點(diǎn)變?yōu)閎 點(diǎn)，如圖1 所示。在采用變頻調(diào)速的情況下，要求離心泵流量從Q1 降到Q2 時(shí)，離心泵的特性僅依賴于電機(jī)轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)速從n 變?yōu)閚1，泵的性能曲線從(Q—H)變?yōu)?Q—H) 1，工作點(diǎn)從a 點(diǎn)變?yōu)閏 點(diǎn)，泵的揚(yáng)程從Ha變?yōu)镠c，如圖2 所示。
圖1 出口閥開度控制
圖2 泵轉(zhuǎn)速控制
根據(jù)離心泵的特性曲線公式：
N = HQρ / (102η) (5)
式中: N——泵的額定功率，kW；H——泵的額定揚(yáng)程，m；Q——泵的額定流量，m3/s；ρ——介質(zhì)的密度，kg/m3；η——泵額定功率下的軸功率。
可以求出運(yùn)行在b 點(diǎn)和c 點(diǎn)泵的軸功率分別為：
兩工況下泵的軸功率的差值：△N= Nb-Nc=Q2ρ(Hb- Hc)/102η，不難看出，△N 就是當(dāng)采用閥門控制時(shí)閥門上消耗掉的功率。流量隨著閥門的不斷關(guān)小逐漸降低，而損耗掉的功率不斷增大。采用轉(zhuǎn)速控制的方法時(shí)，因?yàn)榱髁縌 正比于轉(zhuǎn)速n；揚(yáng)程正比于轉(zhuǎn)速的平方；軸功率正比于轉(zhuǎn)速的立方，如果將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，功率降低，流量也降低，原來消耗在閥門上的功率就可以完全避免，所以改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)，這就是離心泵的變頻節(jié)能原理。當(dāng)然，變頻調(diào)速也應(yīng)該在一定范圍內(nèi)節(jié)能型，變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速的50%，最佳范圍是75%～100%。
3、離心泵變頻調(diào)速在罐區(qū)的應(yīng)用
根據(jù)離心泵電機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能原理，在撫順石化公司60 萬t/a 酮苯脫蠟裝置改造工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。60 萬t/a 酮苯脫蠟裝置的原料減二線、減三線油從蒸餾裝置送至酮苯罐區(qū)中儲(chǔ)存，并由酮苯罐區(qū)的酮苯進(jìn)料泵送至酮苯裝置，根據(jù)60 萬t/a 酮苯脫蠟裝置套管結(jié)晶器的八路進(jìn)料，流量范圍在30～125 m3/h 之間，儲(chǔ)運(yùn)酮苯罐區(qū)設(shè)置了3 臺(tái)酮苯進(jìn)料泵， 其中2 臺(tái)(位號(hào)是P-101/1、2)流量為90 m3/h(一開備)，揚(yáng)程為440 m，效率為69%，軸功率為130 kW，電機(jī)功率為160 kW；另1 臺(tái)(位號(hào)是P-101/3)流量為35 m3/h，揚(yáng)程為440 m，效率為56%，軸功率為60 kW，電機(jī)功率為75 kW；該項(xiàng)目P-101/3 流量為35 m3/h 的這臺(tái)泵設(shè)為變頻調(diào)速泵。酮苯裝置正常運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)1 臺(tái)大泵和1 臺(tái)小泵并聯(lián)運(yùn)行供裝置進(jìn)料，由于酮苯裝置套管結(jié)晶器八路進(jìn)料，每股進(jìn)料分別設(shè)有調(diào)節(jié)閥控制，套管結(jié)晶器每路進(jìn)料都有可能發(fā)生變化，酮苯罐區(qū)提供的流量就隨著相應(yīng)變化，酮苯罐區(qū)這種變化通過P-101/3 泵變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)酮苯裝置套管結(jié)晶器的工藝操作條件和壓降，變頻調(diào)速泵的調(diào)頻電機(jī)定壓為31 kg/cm2。當(dāng)酮苯進(jìn)料泵出口總管道壓力高于31 kg/cm2 時(shí)，P-101/3 變頻調(diào)速泵轉(zhuǎn)速下降，流量減少；當(dāng)酮苯進(jìn)料泵出口總管道壓力低于31kg/cm2 時(shí)，P-101/3 變頻調(diào)速泵轉(zhuǎn)速增加，流量增大，滿足工藝要求，保證酮苯裝置長期、安全、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且降低了能耗。
4、離心泵變頻調(diào)速在裝車中的應(yīng)用
離心泵變頻調(diào)速在大宗油品灌裝中廣泛使用，如42.56×104 t/a 柴油成品裝汽車，共設(shè)15 個(gè)鶴管，考慮最多同時(shí)12 個(gè)鶴管工作，最少1 個(gè)鶴管工作，配置裝車泵時(shí)就要考慮滿足1～12 個(gè)鶴管各種情況的使用，選用3 臺(tái)300 m3/h 和2 臺(tái)200 m3/h 變頻調(diào)速離心泵。
1 個(gè)鶴管裝車啟動(dòng)1 臺(tái)200 m3/h 泵，經(jīng)調(diào)頻至100 m3/h 滿足1 個(gè)鶴管裝車要求；如8 個(gè)鶴管裝車啟動(dòng)3 臺(tái)300 m3/h 泵，滿足8 個(gè)鶴管裝車要求。這樣選用離心泵變頻調(diào)速控制裝車流量就比較方便、經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)約能源。
5、結(jié) 論
離心泵電機(jī)變頻調(diào)速是罐區(qū)、裝車、裝船輸油系統(tǒng)一種有效的節(jié)能途徑，能夠避免泵出口閥節(jié)流消耗的部分能量，而且能防止因出口節(jié)流調(diào)節(jié)可能導(dǎo)致的泵內(nèi)液體過熱，同時(shí)還能減少離心泵的機(jī)械沖擊、磨損、憋壓和噪音等損傷，有利于延長離心泵的維護(hù)周期和使用壽命。
