1.引言
在世界经济快速增长的今天，日益增长的社会经济和能源供应日益短缺的矛盾越来越突出，为了应对这一必须面对的现实问题，世界各国都在考虑自己国家的能源计划。而在我们中国，据估计到2020年，中国的能源需求总量仍将达到近25亿吨标准煤，这个数字比2000年高出了90％，而最为悲观的估计，则要高出152％。在能源每年增长3％一5％条件下，要保证国民经济持续每年增长7％～9％，只能依靠节能技术的应用。石化行业是高耗能企业，而离心式压缩机在石化制造业内有着很普遍的应用，节能技术在离心式压缩机上有着很广阔的应用前景。
2.江苏裕廊化工集团简介
江苏裕廊化工有限公司座落在中国苏北第一家获得“绿卡”通行证的化工基地——盐城市陈家港化工集中区内，公司北枕灌河，东临黄海，南傍沿海高速，紧邻204国道，地理位置优越、水陆交通便捷。（新加坡）升立化工控股有限公司于2004年7月2日投资创办江苏裕廊化工有限公司，注册资本4300万美元，投资总额8000万美元。公司于2006年底通过ISO9000国际质量认证和ISO14000环境体系认证，于2007年2月5日在新加坡上市，成为国内在新加坡最大的上市公司之一。
图1 裕廊石化厂区大门
江苏裕廊化工有限公司下设研究中心及多个生产事业部，主要研究开发双甘膦、丙烯酸及酯系列产品，年产能3万吨双甘膦、20万吨丙烯酸及25万吨丙烯酸酯，使裕廊公司成为中国乃至亚洲的化工骄子。产品除满足国内需求外，还远销世界各国。在充满竞争和挑战的化工市场中，裕廊人搏风击浪、竞展风流，用过人的智慧和胆魄，创造了世界化工史上令人称道的奇迹。
3.工艺介绍
在炼制原油的过程中，会产生一定的气体叫富气，为了从富气中提炼液化气加以利用，就在重催装置的两个工段之间加装一台离心式压缩机，即把分馏工段输出的压力为0.0±0.05MP的富气经过压缩机加压到1.0± 0.05MP送入吸收稳定工段，以满足吸收稳定工段的工况，从而进行液化气的分离。
气体压缩机（以下简称气压机）采用离心式压缩机。因轴功率较大，所以拖动采用10KV，3200KW的两极高压电动机，而气压机通过增速器转速更高，达到9220r/min，这样高速的离心式压缩机有一个缺点：当工艺条件发生变化时，其入口压力满足了工作压力降到一定值时，气压机会被抽负而发生喘振，这是相当危险的。为此在设计安装时从气压机出口引到入口，以保证入口压力不低于正常压力从而保证气压机正常工作。
4.离心风机负载节能分析
一般异步电动机的同步转速为：n1＝60f/p
而异步电动机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）
由上式可以得到，改变异步电动机的转速可以通过改变f、p、s可以达到。
针对某一电动机而言p是一定的，而通过改变s进行调速空间非常小，所以变频调速通过改变定子供电频率f来改变同步转速是异步电动机的最为合理的调速方法。
若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
根据流体力学相似定律：Q1/Q2＝n1/n2 输出风量Q与转速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2 输出压力H与转速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3输出轴功率P与转速n3正比。
当风机风量（水泵流量）需要改变时，如调节风门（阀门）的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量（流量），可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机（水泵）低于额定转速时，理论节电为：
E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——额定转速
n′—— 实际转速
P——额定转速时电机功率
T——工作时间
可见，通过变频对风机（水泵）进行控制，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。
5.高压变频器选型及变频调速方案
5.1变频器选型
经过大量的技术论证，并且对目前高压变频器市场充分考查后，选用了希望森兰科技股份有限公司生产的SBH-100-4000高压变频器对富气压缩机进行变频控制，不但节约能源而且大大提高了设备运行性能。
表1 富气压缩机电机参数：
表2 森兰变频SBH-100-4000高压变频器技术参数：
森兰高压变频器的特点：
- 一体化设计，系统简洁，维护方便，安全可靠；
- 功率单元模块化设计，每个单元可互换使用，通用性强；
- 多功能HMI设计，直观友好的操作界面；
- 独特的防干扰设计技术，防干扰能力强；
- 出厂做“三满”试验，确保设备高质量；
- 采用矢量控制技术，具有低频转矩大优点，满足重载启动需要；
- 飞车启动功能，无需等待电机停机，可以直接启动；
- 控制电源采用冗余设计，可靠性高；
- 独特的防“晃电”技术，超强的电网适应性；
- 自动限流技术，在变频器处于加速，减速以及负载加重时自动调节变频器的输出，确保 设备运行稳定；
- 独创的自动稳压技术，电网电压波动时可保持变频器的输出电压不受影响；
- 无扰动投切技术，方便实现变频及工频直接的双向投切；
- 双冗余机械式旁路技术，比传统电子旁路技术防干扰能力强，可靠性更高。
5.2变频调速方案
通过对压缩机动力系统的研究、分析，以及现场电网容量偏小，不允许高压变频器上电瞬间的冲击等特点综合其中存在的问题，以“先保证系统安全可靠，结构合理，提供最佳性价比方案”的原则对系统进行方案设计，决定采用一拖一手动方案。其一次电路如图2所示：
图2 高压变频系统一次接线图
QF为用户原高压开关；
KM1高压真空接触器；
QS1，QS2为高压隔离刀闸，刀闸没有灭弧装置，不能带电操作。
M为高压电动机。
图3 森兰高压变频在富气压缩机应用现场图
5.3高压变频调速系统优势
（1）电机拖动风机可实现软起动，控制电机的启动电流。变频改造后降低启动电流，减少对电网侧的冲击，提高绕组承受力，降低电机的维护成本，增长电机的寿命；同时大大减小了对风机设备的冲击，降低维护成本，延长风机使用寿命。
（2）可实现线性调速，通过对电机转速的调节控制风机风量满足工艺生产；同时离心风机是平方转矩负载，能耗是与电机的转速成立方比，从而达到节能效果。
（3）系统设有就地和远方两种控制途径，就地控制是在变频器处通过变频器触摸屏进行操作或应急处理；远方控制是在控制室内进行.在这种工作方式下，操作员通过DCS系统的频率给定信号，调节变频器，改变电机转速，达到调节风量的目的。
（4）信息传递：变频器可以实现与机组DCS系统的双向信息传递。变频器可提供给DCS系统如下参量：输出转速、输出电流等反馈信息，通过4～20mA电流源模拟量输出；同时提供给DCS的开关量有：变频器远程控制指示，就绪，运行，轻故障，重故障指示状态信息。变频器接收的DCS的模拟量信号为频率给定，开关量为远方启/停、复位信号等。通过变频器与DCS信号的交换，实现远程控制及监视变频运行各类数据功能，提高工艺生产自动化水平。
（5）完备的保护功能：过流，过压，欠压，输入输出缺相，输出短路，输出接地，变频过热，电机过载，失速防止，电机过热等保护。
（6）系统的变频风机实现变频供电和电网供电相互切换运行，可手动切换，当变频器发生异常后，风机仍需要运行，这时可将电机切换到工频电网起动，增加风机系统运行可靠性。
6.现场应用及节能效果
（1） 现场应用情况
此石化脱氢装置压缩机项目自投产以来运行良好。
图4 此次变频改造负载
（2）节能效果
在正常生产情况下，本台压缩机变频器运行频率在40Hz,高压侧输入电流在180.2A。与同功率电机工频运行状况比较，变频改造后压缩机节能效果十分明显。
7.结论
脱氢装置压缩机系统采用希望森兰高压变频器，不但操作方便、维护量小，而且有明显的节能效果。通过变频对压缩机进行控制，具有显著的经济效益和社会效益。此次希望森兰高压变频对石石化行业脱氢装置压缩机改造的优异表现得到了客户的高度认可和一致好评，值得大力推广。
