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输油泵的电机如何进行节能改造?

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输油泵在实际工作中往往需要通过控制输油泵出口阀门来调节流量,造成能源的浪费。浦航油库通过输油泵电机的节能改造,保障安全,降低能耗,节约了能源。
输油泵是长输管线的动力源,是油库的心脏,是油库生产运行中主要能耗设备。在实际工作中,往往出现泵特性和管路特性不匹配的情况,需要通过控制输油泵出口阀门来调节流量满足生产工艺要求,这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的能源消耗在泵出口阀前后,造成能源的浪费。浦航油库通过输油泵电机的节能改造,完全打开泵出口阀门,达到了改善工艺,保障输油安全的目的,同时降低了输油单耗,节约了能源。本文先容浦航油库节能改造情况,以期通过该事例在业内推广节能技术,对相关单位有所帮助。
1 现状调查
上海浦航石油有限企业油库承担了上海地区两大机场70%以上的航油保障,油库至浦东机场油库长输管线全长18.4km,是上海航空港的主动脉。浦航油库输油泵电机额定功率为1000KW/10KV,电机额定转速为1480r/min,油泵额定流量为1500 m3/h,额定扬程220kPa(m),2013年运行时间1950小时。由于地形、输油管阻力等原因,实际运行过程中,输油泵流量接近2000m3/h,而机场油库要求流量需控制在1500m3/h左右。目前浦航输油泵电机没有调速装置,只有采用控制出口阀门开度来调节流量以满足生产要求。输油泵出口阀门只允许开度为30%左右,实际流量为1500m3/h左右、扬程约165kPa(m),电机功率为882.77KW。
由于采用原始的调整阀门开度的方式仅仅改变管道的流通阻力,而驱动源的电机输出功率并没有改变,增加了电机的负荷与管网泵出口及出口阀门的压力,出口阀容易损坏、管网寿命降低、油泵叶轮磨损大、电机与油泵振动量大、设备寿命大大缩短,安全系数大大降低,同时无功功率增加,浪费了大量电能,生产用电量高,生产成本不易降低,因此该电机进行节能技术改造成为当务之急。
考虑到实际节能效果和未来的延展性,大家选择了高压变频改造技术,高压变频技术在国内外长输管线泵机上已使用多年,技术成熟,调节方便,适用性好,节能效果明显,能更有效的达到节能效果。
2输油泵电机变频调速节能原理
R2为现有工况(出口阀门开度30%)时管网阻力特性,R1为出口阀门全开时管网阻力特性;S1、S2、S3分别对应全流速、现有工况、调速后特性曲线;现有工况下,特性曲线S2与R2相交于M2点,M2即为现有工况点,即出口阀门开度为30%时工况点,对应的扬程H2为165kPa(m),目前实际运行流量Q2为1560m3/h。
  在变频状态下,离心泵转速降低为820 r/min左右时,其特性曲线为S3,由于此时泵出口阀被全开,管路特性曲线变为较为平坦的R1,此时S3与R1交于M3点,即为新的工况点,此时保持离心泵排出量不变仍为1560m3/h,但泵的扬程H3降低为135kPa(m),采用降低油泵电机转速保证满足输油量的情况下,通过削减离心泵杨程节约的能量为H2M2M3H3的面积。这就是离心输油泵变频节能的原理。
3 浦航变频改造情况
浦航企业的油泵电机为高压三相异步电动机,该电机本身不具备调速功能,若要调速需增加调速装置控制电机进行无级调速。变频调速将工频电源变换为频率、电压均连续可调的电源,采用多电平技术,将输出隔离变压器的多个副边绕组,分别为各功率单元供电,通过多个IGBT功率单元串联叠加后,达到完美无谐波高压输出,实现电机无级调速运行。该方式可靠性高、稳定性强,构造简单,经久耐用,维护方便。
高压变频调速系统固然可产生较好的节能效益,但由于输油系统属于油库生产中的一个重要枢纽环节,长时间连续运转,除对设备本身要求有较高的可靠性之外,在技术方案上必须与现场的工艺特点相结合,充分考虑现场操作的安全性,适用性和方便性。浦航油库采用了以下技术措施:
系统具备工频、变频手动切换功能。一旦变频系统出现故障,可以切换到工频档,在变频系统维修期间可正常保障输油泵的运行,满足油库生产的需要。现场设置、启动、停止以及紧急停机按钮,极大地方便了现场操作人员的操作。优化系统的保护参数,确保输油系统的连续平稳运行。在应用于输油系统时对一些保护的参数按实际需要进行设置,避免由于变频系统的保护过于灵敏而造成输油泵停机,影响输油系统的安全平稳运行。在变频调速系统内设置适合于现场实际的报警功能,并对运行的参数,操作情况,故障情况具有详细的记录功能。
4 油泵电机改造后的节能效益
浦航油库长输管线输油泵电机采用高压变频器节能改造后,电机转速降为为820r/min左右,电机功率为468KW左右,节电率达到47%,既提高了油泵的运行效率,又满足了生产要求。根据现场运行的参数,油泵每年按1950小时运行,电价为1.30元/度计算,油泵年节约电费为(882.77-468)×1950×1.30≈105.14万元。
浦航油泵电机节能改造的设备投入成本约为80.00万元,根据以上数据,设备投入回收期不足1年。考虑到高压变频调速设备寿命为20年,20年内节省接近2千万元电费,经济效益相当可观。
5 结束语
高压变频调速是输油泵电机的节能改造的有效途径,通过调速技术,可以完全打开泵出口阀,有效地避免了输油泵出口阀的节流损失,同时还较好的减少输油泵机组的机械冲击、摩损和噪音,提高了安全系数,延长了输油泵机组的维护保养周期及使用寿命。随着国家能源紧张严峻的形势,提高能效、节约能源是国家能源战略的重要目标和措施,通过节能改造,优化企业生产设备,推进技术创新,提高企业生产能力,增强设备的可靠性和稳定性,同时达到节能降耗的目的,具有很好的社会效益。
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