变频技术催化裂解装置范文

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大庆炼化公司炼油二厂的180万吨/年重油催化裂解装置的油浆外甩槽子冷却用水、余热锅炉外排污水、水封罐外排循环水及机泵冷却用水使用后流入到地下水池,这些污水被提升泵升压送往循环水系统回收利用。这部份污水的普遍特点是工艺变动时各处排水量变化大,其总量110t/h到320t/h之间波动,导致污水提泵工况变化大。随着建设"节约型社会"和"清洁生产"意识的日益提高,该装置对其辖属的污水系统于2006年9月实施了以变频技术为核心的节能和优化操作改造,达到节能、杜绝污染、降低维修费用以及优化操作的目的,在改造后,取得了可观的经济效益和社会效益。

1改造前系统状态和存在问题

1.1提升泵的参数和流程

污水提升系统中核心的设备是三台立式泵,泵体直接插入污水池内,污水池体积较小,泵插入水中的深度受泵的插入长度(1m)限制,可控操作液位仅有0.5m。且泵出口仅有一蝶阀现场手动进行流量和水池液位的控制。泵的主要参数见表1。

由于立式提升泵直接安装有污水池上方的大跨度水泥梁上,基础刚度相对较差,运行过程机泵会产生相对较大的振动。在泵抽空等不良运行状态下,机泵会产生更为强烈的振动,加速了机泵故障的出现。

该系统的流程较为简单(见图1)。三台提升泵一开两备或两开一备,随水量的变化操作较为困难,稍处理不及时就会出现污水外溢事件发生,污染周围环境。

1.2流量设计和水量调节方式不合理

污水流量变化大,且三台泵设计流量匹配不合理。在水量较小时,3#泵不能满足流量的要求,1#泵或2#泵单独使用时也易出现抽空现象,导致设备损坏,造成维修次数和费用增加。

通过阀控制流量调节外排水量,系统功率损耗大,工人劳动量大。流量突增时,泵又不能满足排水量的要求,易出现污水外溢事件,污染周边环境。

2提升泵变频调节排水技术

2.1节能原理

假设系统要求流量由Q1减少到Q2,两种调节方式的特性曲线见图2。

a、阀门调节(关小阀门)。阀门磨擦阻力增大,管网特性曲线由R移至R′、扬程从Ha上升至Hb、运行工况点从a移至b。

b、变速调节。管网特性曲线不变,泵的特性取决于转速,泵特性曲线由(Q-H)移至(Q-H)′、扬程从Ha下降至Hb。运行工况点从a移至c。

根据离心泵特性曲线公式:

式中N——水泵工况点轴功率,Kw

Q——工况点的流量,m3/s

H——工况点的扬程,m

ρ——输送介质密度,Kg/m

η——工况点的泵效率,%

得出泵运行在b、c点的轴功率和ΔN为:

可见调至同样流量,阀门调节会损耗ΔN功率,形成能量损失,且随着阀门不断关小,ΔN还将增加,采用变频调节转速控制流量,可避免ΔN功率的损耗。在九江石化公司的变频应用中证明,当电机在额定转速运行80%时,节能可达到40%。[2]

2.2常用的污水泵变频调速排水模式

变量恒压模式。保持污水外排水管压力不变,通过管网阀门控制、增减水泵台数、泵出口打回流或者变频调速调节泵的出水量。对于某一恒压P,变频调节泵的转速(n1、n2、n3……),可得到不同流量(Q1、Q2、Q3……)以控制污水池的液位。这种变频模式可节省泵出口阀节流限压的能量消耗,较传统排水方式节能20%,控制比较方便,管网压力基本恒定。该模式适合水量波动幅度小、泵出口压力要求稳定的污水系统。

变压变量模式。由于装置污水排放量变化较大。在原有的排水系统中投运水泵台数和转速不随排水量变化而改变,负荷低峰时将浪费电能。根据排水量和水位的对应关系,用变频器调整水泵工况点,调节水泵转速(使其恰好位于管网特性曲线上),通过控制污水池的液位,实现其进水与排水的平衡。生产中对排水压力的变化没有过多要求,流量变化很大,这种模式更适合于炼油厂催化裂解装置的污水回收系统。

3污水排放系统工程改造

3.1前期工作

为保证变频调速技术在污水提升排放系统的可靠应用,采取有力措施治理泵P2的基础,提高其备用的可靠性;选择大流量的泵P1使用变频技术;安装45Kw西门子变频器一台;在装置DCS上增设以污水池液位为控制目标的PID控制器;更换灵敏度较高的液位传感器。

3.2污水提升排水自动化系统

系统结构及控制方式。改造后的系统是以污水池液位为控制对象,更换水池液位传感器,水泵电源增设变频器,在装置的DCS上增加PID调节器构成的闭环的PID控制系统(见图3)。系统通过控制泵P1的转速,稳定污水池的液位,具有实时采集水位、液位异常报警的功能。同时,可在DCS的PID调节器上使用手动和自动两种模式远程控制,达到优化运行之目的。

运行方式。系统控制一台水泵,采用一开二备的方式,泵P1作为主泵,变频运行,泵P3作为第一备用泵备用,泵P2作为第二备用泵备用;通常情况变频泵P1排水,泵的转速以水位为控制目标,当该泵超过其功率时,先启一台小泵P3增加流量,此时,要求小泵P3满负荷运转,P1变频进行适量调节;如流量继续增加,两台泵均超负荷或长时间都达到满负荷时,停小泵P3,启运大功率泵P2。这种运行方式完全能满足装置最大工况运行,且在实际生产中未发生污水外溢事件。

4.运行效果

4.1保证了环保要求。改造前,当处于装置不正常运行且操作不及时,就会发生污水外溢事件,污染装置周边场地,不完全统计每年都有3到6次。改造后,污水外溢事件再未发生。

4.2系统运行可靠。变频启动和调速,P1电机转速明显下降,运行状况明显改善,机泵完好率达到100%。水泵出口阀全开,消除了阀门节流产生的噪声。运行中随着压力的变化,变频器输出频率一般在30~40Hz,泵转速下降了20-40%,水泵出口压力保持在0.3MPa以下。同时,机泵的检修费用每年可节省1.5万元。

4.3节能效果显著。对比分析设备正式投入使用前后20天的数据(见表2)。可见每年按运行330天计算,可节约电费9万余元。

结束语

根据排水系统各自特点可选择不同的形式实现节能降耗,工业污水排放系统宜采用变压变流量方式,实践证明采用变频调速技术,不仅节约能源,而且对于提高系统的自动化水平,减少工人的劳动强度,降低维修费用,消除污水外溢对环境的污染,都有显著的效果。该方法还可推广到用水流量变化大、管网压力要求不严格且需连续运行的生产用水及农业灌溉等方面。