离心泵变频节能技术在储运罐区中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院 作者:吴玉国

  针对离心泵的变频节能技术在储运罐区中的应用,对离心泵变频调速控制系统的基本工作原理、节能原理及在储运罐区中实际运用的阐述,结果表明,离心泵变频节能技术在储运罐区中节能降耗应用中具有优越性和重要意义。

  由于离心泵具有排量大、能串联工作、运行平稳、构造简单、易于维修等优点,在输油管道上得到了广泛的应用。与离心泵配套的原动机大多数是电动机,而电动机本身不具备调速功能,但电动机可以采用变频方法改变转速,来改变泵的工作特性实现节能降耗的目的。

1、变频调速原理

  离心泵根据下面的交流电动机工作原理中的转速关系进行变频调速:

n = 60f (1-s) / p (1)

  式中: f —电机的电源频率,Hz;p —电机的极对数;s —转差率;n —电机的转速。

  显然,通过均匀改变电动机的电源频率f,便能实现电动机同步转速的平滑改变,轴功率及电动机输入功率随着电动机转速降低而相应降低,进而达到变频调速节能目的。

2、变频调速的节能原理

  离心泵的工况的调节主要是调节流量,一般采用改变离心泵出口阀的开度大小和改变离心泵的转速两种调节方法。第一种方法要求选泵的流量范围较大,选择的电机功率正常运行时泵出口阀始终处于半开状态,当需要改变流量时,手动调节泵的出口阀门开度大小,调节流量是比较方便,但调节滞后,而且造成巨大的能耗;第二种方法会使电机的转速提高,也提高了电动机输入功率,进而使离心泵的流量也增加,泵的功率损失很小。改变离心泵的转速后,在管路特性曲线不变的情况下,离心泵的性能参数按照下面的规律改变。

泵的轴功率

  式中:Q、H、N—转速为n 时离心泵的流量、扬程、功率;Q1、H1、N1—转速为n1 时离心泵的流量、扬程、功率。

  采用阀门调节的情况下,要求离心泵流量从Q1降到Q2 时,势必将阀门关小,便增大了阀门摩擦阻力,管路特性曲线从R 变为R′,离心泵的扬程从Ha 变为 Hb,工作点从a 点变为b 点,如图1 所示。在采用变频调速的情况下,要求离心泵流量从Q1 降到Q2 时,离心泵的特性仅依赖于电机转速。若转速从n 变为n1,泵的性能曲线从(Q—H)变为(Q—H) 1,工作点从a 点变为c 点,泵的扬程从Ha变为Hc,如图2 所示。

出口阀开度控制

图1 出口阀开度控制

泵转速控制

图2 泵转速控制

  根据离心泵的特性曲线公式:

N = HQρ / (102η) (5)

  式中: N——泵的额定功率,kW;H——泵的额定扬程,m;Q——泵的额定流量,m3/s;ρ——介质的密度,kg/m3;η——泵额定功率下的轴功率。

  可以求出运行在b 点和c 点泵的轴功率分别为:

泵的轴功率

  两工况下泵的轴功率的差值:△N= Nb-Nc=Q2ρ(Hb- Hc)/102η,不难看出,△N 就是当采用阀门控制时阀门上消耗掉的功率。流量随着阀门的不断关小逐渐降低,而损耗掉的功率不断增大。采用转速控制的方法时,因为流量Q 正比于转速n;扬程正比于转速的平方;轴功率正比于转速的立方,如果将电机转速降低,功率降低,流量也降低,原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免,所以改变转速调节比节流调节经济,这就是离心泵的变频节能原理。当然,变频调速也应该在一定范围内节能型,变频调速不宜低于额定转速的50%,最佳范围是75%~100%。

3、离心泵变频调速在罐区的应用

  根据离心泵电机的变频调速节能原理,在抚顺石化公司60 万t/a 酮苯脱蜡装置改造工程项目中得到应用。60 万t/a 酮苯脱蜡装置的原料减二线、减三线油从蒸馏装置送至酮苯罐区中储存,并由酮苯罐区的酮苯进料泵送至酮苯装置,根据60 万t/a 酮苯脱蜡装置套管结晶器的八路进料,流量范围在30~125 m3/h 之间,储运酮苯罐区设置了3 台酮苯进料泵, 其中2 台(位号是P-101/1、2)流量为90 m3/h(一开备),扬程为440 m,效率为69%,轴功率为130 kW,电机功率为160 kW;另1 台(位号是P-101/3)流量为35 m3/h,扬程为440 m,效率为56%,轴功率为60 kW,电机功率为75 kW;该项目P-101/3 流量为35 m3/h 的这台泵设为变频调速泵。酮苯装置正常运行时,储运罐区1 台大泵和1 台小泵并联运行供装置进料,由于酮苯装置套管结晶器八路进料,每股进料分别设有调节阀控制,套管结晶器每路进料都有可能发生变化,酮苯罐区提供的流量就随着相应变化,酮苯罐区这种变化通过P-101/3 泵变频调速来实现。根据酮苯装置套管结晶器的工艺操作条件和压降,变频调速泵的调频电机定压为31 kg/cm2。当酮苯进料泵出口总管道压力高于31 kg/cm2 时,P-101/3 变频调速泵转速下降,流量减少;当酮苯进料泵出口总管道压力低于31kg/cm2 时,P-101/3 变频调速泵转速增加,流量增大,满足工艺要求,保证酮苯装置长期、安全、平稳运转,而且降低了能耗。

4、离心泵变频调速在装车中的应用

  离心泵变频调速在大宗油品灌装中广泛使用,如42.56×104 t/a 柴油成品装汽车,共设15 个鹤管,考虑最多同时12 个鹤管工作,最少1 个鹤管工作,配置装车泵时就要考虑满足1~12 个鹤管各种情况的使用,选用3 台300 m3/h 和2 台200 m3/h 变频调速离心泵。

  1 个鹤管装车启动1 台200 m3/h 泵,经调频至100 m3/h 满足1 个鹤管装车要求;如8 个鹤管装车启动3 台300 m3/h 泵,满足8 个鹤管装车要求。这样选用离心泵变频调速控制装车流量就比较方便、经济合理,节约能源。

5、结 论

  离心泵电机变频调速是罐区、装车、装船输油系统一种有效的节能途径,能够避免泵出口阀节流消耗的部分能量,而且能防止因出口节流调节可能导致的泵内液体过热,同时还能减少离心泵的机械冲击、磨损、憋压和噪音等损伤,有利于延长离心泵的维护周期和使用寿命。

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