輸油泵在實際工作中往往需要通過控制輸油泵出口閥門來調(diào)節(jié)流量，造成能源的浪費。浦航油庫通過輸油泵電機的節(jié)能改造，保障安全，降低能耗，節(jié)約了能源。
輸油泵是長輸管線的動力源，是油庫的心臟，是油庫生產(chǎn)運行中主要能耗設(shè)備。在實際工作中，往往出現(xiàn)泵特性和管路特性不匹配的情況，需要通過控制輸油泵出口閥門來調(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。浦航油庫通過輸油泵電機的節(jié)能改造，完全打開泵出口閥門，達到了改善工藝，保障輸油安全的目的，同時降低了輸油單耗，節(jié)約了能源。本文介紹浦航油庫節(jié)能改造情況，以期通過該事例在業(yè)內(nèi)推廣節(jié)能技術(shù)，對相關(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承擔了上海地區(qū)兩大機場70%以上的航油保障，油庫至浦東機場油庫長輸管線全長18.4km，是上海航空港的主動脈。浦航油庫輸油泵電機額定功率為1000KW/10KV，電機額定轉(zhuǎn)速為1480r/min，油泵額定流量為1500 m3/h，額定揚程220kPa(m)，2013年運行時間1950小時。由于地形、輸油管阻力等原因，實際運行過程中，輸油泵流量接近2000m3/h，而機場油庫要求流量需控制在1500m3/h左右。目前浦航輸油泵電機沒有調(diào)速裝置，只有采用控制出口閥門開度來調(diào)節(jié)流量以滿足生產(chǎn)要求。輸油泵出口閥門只允許開度為30%左右，實際流量為1500m3/h左右、揚程約165kPa(m)，電機功率為882.77KW。
由于采用原始的調(diào)整閥門開度的方式僅僅改變管道的流通阻力，而驅(qū)動源的電機輸出功率并沒有改變，增加了電機的負荷與管網(wǎng)泵出口及出口閥門的壓力，出口閥容易損壞、管網(wǎng)壽命降低、油泵葉輪磨損大、電機與油泵振動量大、設(shè)備壽命大大縮短，安全系數(shù)大大降低，同時無功功率增加，浪費了大量電能，生產(chǎn)用電量高，生產(chǎn)成本不易降低，因此該電機進行節(jié)能技術(shù)改造成為當務之急。
考慮到實際節(jié)能效果和未來的延展性，我們選擇了高壓變頻改造技術(shù)，高壓變頻技術(shù)在國內(nèi)外長輸管線泵機上已使用多年，技術(shù)成熟，調(diào)節(jié)方便，適用性好，節(jié)能效果明顯，能更有效的達到節(jié)能效果。
2輸油泵電機變頻調(diào)速節(jié)能原理
R2為現(xiàn)有工況(出口閥門開度30%)時管網(wǎng)阻力特性，R1為出口閥門全開時管網(wǎng)阻力特性;S1、S2、S3分別對應全流速、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，M2即為現(xiàn)有工況點，即出口閥門開度為30%時工況點，對應的揚程H2為165kPa(m)，目前實際運行流量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，其特性曲線為S3，由于此時泵出口閥被全開，管路特性曲線變?yōu)檩^為平坦的R1，此時S3與R1交于M3點，即為新的工況點，此時保持離心泵排出量不變?nèi)詾?560m3/h，但泵的揚程H3降低為135kPa(m)，采用降低油泵電機轉(zhuǎn)速保證滿足輸油量的情況下，通過削減離心泵楊程節(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為高壓三相異步電動機，該電機本身不具備調(diào)速功能，若要調(diào)速需增加調(diào)速裝置控制電機進行無級調(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副邊繞組，分別為各功率單元供電，通過多個IGBT功率單元串聯(lián)疊加后，達到完美無諧波高壓輸出，實現(xiàn)電機無級調(diào)速運行。該方式可靠性高、穩(wěn)定性強，構(gòu)造簡單，經(jīng)久耐用，維護方便。
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)屬于油庫生產(chǎn)中的一個重要樞紐環(huán)節(jié)，長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，除對設(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)場的工藝特點相結(jié)合，充分考慮現(xiàn)場操作的安全性，適用性和方便性。浦航油庫采用了以下技術(shù)措施：
系統(tǒng)具備工頻、變頻手動切換功能。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行，滿足油庫生產(chǎn)的需要。現(xiàn)場設(shè)置、啟動、停止以及緊急停機按鈕，極大地方便了現(xiàn)場操作人員的操作。優(yōu)化系統(tǒng)的保護參數(shù)，確保輸油系統(tǒng)的連續(xù)平穩(wěn)運行。在應用于輸油系統(tǒng)時對一些保護的參數(shù)按實際需要進行設(shè)置，避免由于變頻系統(tǒng)的保護過于靈敏而造成輸油泵停機，影響輸油系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。在變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置適合于現(xiàn)場實際的報警功能，并對運行的參數(shù)，操作情況，故障情況具有詳細的記錄功能。
4 油泵電機改造后的節(jié)能效益
浦航油庫長輸管線輸油泵電機采用高壓變頻器節(jié)能改造后，電機轉(zhuǎn)速降為為820r/min左右，電機功率為468KW左右，節(jié)電率達到47%，既提高了油泵的運行效率，又滿足了生產(chǎn)要求。根據(jù)現(xiàn)場運行的參數(shù)，油泵每年按1950小時運行，電價為1.30元/度計算，油泵年節(jié)約電費為(882.77-468)×1950×1.30≈105.14萬元。
浦航油泵電機節(jié)能改造的設(shè)備投入成本約為80.00萬元，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，設(shè)備投入回收期不足1年。考慮到高壓變頻調(diào)速設(shè)備壽命為20年，20年內(nèi)節(jié)省接近2千萬元電費，經(jīng)濟效益相當可觀。
5 結(jié)束語
高壓變頻調(diào)速是輸油泵電機的節(jié)能改造的有效途徑，通過調(diào)速技術(shù)，可以完全打開泵出口閥，有效地避免了輸油泵出口閥的節(jié)流損失，同時還較好的減少輸油泵機組的機械沖擊、摩損和噪音，提高了安全系數(shù)，延長了輸油泵機組的維護保養(yǎng)周期及使用壽命。隨著國家能源緊張嚴峻的形勢，提高能效、節(jié)約能源是國家能源戰(zhàn)略的重要目標和措施，通過節(jié)能改造，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，推進技術(shù)創(chuàng)新，提高企業(yè)生產(chǎn)能力，增強設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，同時達到節(jié)能降耗的目的，具有很好的社會效益。
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