燃油泵变频调速改造及节能分析 李京泽
石油化工企业电动机变频调速节能方案探讨
195中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.03 （上）近年来，技术的进步带动了很多领域的发展，在石油化工、农业等领域，变频调速技术得到了普遍的应用，该种调速方式具有较好的节能效益，在一定程度上突破了传统调速方式的局限性，因此，变频器调速已成为当前电动机调速的重要趋势。
调速方式的转变在一定程度上减少了调速的能源消耗，变频器的变频调速控制具有明显的技术优势，有利于促进行业的可持续发展。
1 变频调速技术应用于石油化工企业电动机的实际设计方案在当前变频器使用范围越发普遍的今天，同时，石油化工企业中各种设施的发展对功率的要求也在逐渐地提升。
这样一来，就给相应的电气设计人员以及使用人员带去了一个比较严重的问题：一些功率较大的设备基本上在整体的电气系统运行中占据着十分重要的地位，因为其自身的重要程度也就导致对其可靠性的要求相当之高，变频器的使用可以很轻松的达成无级调速的目标，但变频器自身就是一个包含着数量众多的电子元件的独立电气系统，变频器的安全性对于整体的电气系统安全性能有着最为直接的影响。
会发生二者之间的冲突。
当前对于这种问题已经出现了一些相应的解决方案。
接下来就是将某电厂的循环水泵的设计作为例子进行相应的分析，该电厂因为工艺需要对其进行相应的调速，这个循环水泵的额定电压为6kV，功率大小是5600kW。
该电厂在对当前市场上的变频器的安全性能进行全面调研以及自身实际调速需求的前提下，最终采用的变频器与旁路相结合的方式来达到水泵的调速目标。
在整体的设计方案中，旁路方案主要是在主要的变频调速工作的基础上加上一回路工频旁路，主要是为了保障在变频器发生故障后可以做到变频器石油化工企业电动机变频调速节能方案探讨黄林，王鹏（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川 成都 610100）摘要：高压大功率交流电动机变频调速技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。
输油泵机组高压变频调速节能技术探究
输油泵机组高压变频调速节能技术探究摘要：我国是能源生产和消费大国,但是能源资源的人伦拥有低，地域分布不均匀，开采难度很大，导致我国的能源现在处于紧缺的状态，也严重的影响了我们的生活，节能减排已经成为我国能源可持续发展的重要出路。
在油田储运系统中由于外输油量减少,泵管压差增大,在变工况运行条件下电机转速不可调整,造成输油泵机组利用率低,耗能大。
但是由于原油外输系统的特殊状况,不可能仅仅通过更换外输泵或配套电机来实现泵管之间的特性匹配。
本文就以英威腾GD5000变频器在大庆油田输油泵上的应用为指导，阐述本文核心内容。
关键词：输油泵机组高压变频节能技术油田引言：大庆油田为中国产油量最多规模最大的油田，始终坚持科技自主创新、持续创新，大力实施科技兴企战略，奉行“奉献能源，创造和谐”的企业宗旨。
为响应国家节能减排政策，大庆油田提出对东油库的四台高压输油泵进行变频改造。
此次采用高压变频器的油库隶属于第一采油厂，该厂是与大庆油田同期开发的采油厂，是全国最大的采油厂，是全国第一个实现累计生产原油5亿吨的采油厂，是科技成果丰厚的采油厂，是大庆精神重要发源地、文化底蕴深厚的采油厂。
该采油厂最主要的耗能设备就是油库生产运行中的输油泵。
由于输油泵的特性和管路特性不完全匹配，往往在实际运行中，经常需要根据运行工况控制输油泵出口阀门的开度来调节流量，以满足生产工艺的需要。
这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的泵管压差，大量的能源消耗在泵出口阀前后，造成能源的浪费。
第一采油厂东油库配置有2台6kV315kW和2台6kV280kW的输油泵，最终使用两套深圳市英威腾电气股份有限公司研发生产的GD5000系列高压变频调速系统，采用一拖二的方式通过调节输油泵的转速来满足不同的使用工况，消除由于输油泵管压差而产生的节流损失，降低了输油单耗，节约了电能，改善了工艺。
一、现场设备及运行工况分析石油石化行业，大量使用输油泵，输油泵并非长时间满负荷运行，存在一定的节能空间。
浅析输油泵节能改造技术
浅析输油泵节能改造技术【摘要】随着社会经济的发展，石油化工业作为国家支柱产业发展迅猛，输油泵的节能改造是近年来研究热点。
本文主要探讨了输油泵节能改造技术，并深入地探讨了该节能改造技术的节能效果。
【关键词】输油泵；节能；改造；技术输油泵是油田开发过程中保证原油集输的关键设备，也是油田主要耗能设备。
因此搞好输油泵的调速运行，降低泵管压差，减少节流损失是输油泵节能改造的关键环节。
1.输油泵机组高压变频凋速节能技术1.1输油泵机组高压变频凋速节能技术原理目前，高压变频调速系统处于技术发展阶段，其基本原理均为“交--直--交”的逆变过程，通过改变电机定子的电压频率从而改变电机的转速；但变频的实现方式各不相同，目前有较为成熟的二种技术方案，分别是移相整流串联叠加技术、三电平技术、电流源型变频技术。
通过技术经济性能论证，移相整流串联叠加多电平电压源技术先进，输出电压、电流波形好，对负载电机要求低。
现场输油泵机组工频、变频切换，可以根据生产实际情况搬动相应开关进行切换。
高压变频装置是由旁通柜、移相变压器、功率单元柜和主控柜四部份组成，10kV变频装置有30个功率单元，每10个功率单元串联构成一相，每个功率单元结构以及电气性能完全一致，可以互换。
功率单元实际上是交--直--交单相逆变电路，整流侧为二极管三相桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。
输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成36脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使用负载下的网侧功率因素接近l。
输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接成星型接法直接给高压电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形。
这种波形正弦度好，dv／dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，减小轴承和叶片的机械应力。
1.2系统的优化配置变频器应用必须与现场工艺相结合，充分考虑现场操作、启动、停机以及调节等诸方面的安全、适用性和方便性。
变频调速控制系统在油田注水泵上的节能探讨
变频调速控制系统在油田注水泵上的节能探讨【摘要】目前在我国使用油田注水的措施，保证了油田的高产稳产。
但是在大部分的油田注水站都是采用老式的恒压恒流的注水方式，而且不能对速度进行调整。
在油田注水的过程中由于压力大、流量大，就需要使用大功率的电动机，浪费了电能，而采用变频调速控制系统能够有效的提升系统的运行效率。
本文介绍了变频调速的技术以及调速控制系统的构成，探讨了在油田注水泵上的节能与应用。
【关键词】变频调速控制系统；油田注水泵；节能；应用在油田注水站上一般使用较多的是水源井深井泵，这种方式操作比较复杂，而且效率低，增加了工作人员的劳动量。
现在研制的新型的变频器恒压供水系统能够满足水泵电动机无极变速的需求，在运行中可以根据水压的大小，自动调节运行参数。
变频调速控制系统是一种先进的节能供水系统，不仅提升了系统的运行效率，而且给企业带来更多的经济效益。
随着科技的快速发展，变频器的功能会逐渐完善，在实际的应用中充分应用变频器，对恒压变频供水系统起到很重要的作用。
一、变频调速控制系统概述1、变频调速控制系统的实现过程通过使用变频调速控制系统，对恒压供水的控制流程为：水源井—注水泵。
可见这种控制比传统的注水泵更加的简单，简化了操作流程，实现了系统的自动控制，不仅节约了电能，而且降低了企业的投资成本，同时降低了工作人员的工作强度。
变频调度控制系统在水泵运行中实现了恒压供水，对参数实行闭环的控制，这样就能在注水的过程始终保持平稳的状态。
当官网的压力小于系统的额定压力时，变频器的频率就会上升，使电机的功率提升；反之，电机的功率下降。
当管网的压力降低时，系统能够够自动调节，使管网的压力与额定的压力值保持平衡。
所以变频调速技术是通过改变电动机的速度实现对水流量的调节，能够有效的降低了设备的损耗，延长了设备的使用寿命。
2、系统特点变频调速控制系统的主要特点为：①占地面积小、重量轻。
由于整个系统的设计中没有输入和输出的变压器，这样就减轻了系统的重量，提升了系统运行效率。
变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上的节能与应用
变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上的节能与应用随着能源危机的逐渐加剧，节能和减排成为了全球普遍关注的问题。
油田作为能源开发的重要领域，对提高产品质量、节约生产成本、减少能源消耗等问题提出了更高的要求。
在油田上，水泵是必不可少的一种设备，而目前在油田上广泛应用的柱塞式往复注水泵，则因其结构简单、可靠性高、稳压精度高等特点，在特定的工况下被广泛应用，但其通用的外围设备存在多种限制因素，如能量消耗高、其高速运行易造成噪音污染等问题，严重影响生产效率。
而相比起传统的水泵调节方式，变频调速技术则是一种非常有效的解决方案。
变频调速技术可以使油田柱塞式往复注水泵在运行中根据实际负荷大小对给水量进行动态调整，以达到最佳工作状态。
因此，本文将阐述变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上的节能与应用。
一、变频调速技术介绍变频调速技术原为电力电子技术应用的一种技术，但由于其能够有效地解决机械系统中传动部件轻重负荷变化对动力输出影响的问题，因此在行业应用中也得到了广泛的发展。
变频调速技术主要是将传统伺服驱动技术和电机调速的技术结合起来达到对电机进行精确调速的目的。
利用传感器对传送带、风电机组和水泵电机进行实时监测，以达到负载减少、降低噪声和能源节约等的优效。
二、变频调速技术在油田水泵中的应用1.变频调速技术的优势相比传统水泵调节方式，变频调速技术的优势可以总结为以下三点：（1）更加节省能源：传统水泵在工作时，由于其不能够根据实际负荷进行自动调整，在操作过程中会出现流量过大、压力过低等浪费能量的情况。
而变频调速技术则可以通过控制电源频率使水泵按照实际负荷进行自动调整，从而有效地减少了能量的浪费，降低了油田运行成本。
（2）减少机械传动部件的损耗和出现故障的概率：机械传动部件(transmission)包括电机、减速器、联轴器、离合器等部分。
由于变频调速技术可以使水泵匹配不同负荷下的运行状态，在运转过程中不会超载，也不会出现瞬间高负荷和空载的情况，因此坏掉的风险大大降低。
凝结水泵变频改造节能效果分析及提高措施
统各项参数对比见表 4。
表 4 除氧器上水 旁路阀开关部分开启前后参数变化
工况
项目
240 M W
旁路阀关 旁路阀开启 50% 降低数值 降低幅度/ %
300 M W
旁路阀关 旁路阀开启 50% 降低数值 降低幅度/ %
m3/ h, 超过需要流量 600 m3/ h, 除氧器上水旁路阀关
闭过程( 160 s) 对应的流量为 26. 7 m3, 这将使除氧器
水位高出正常运行水位 450 mm, 超过高 3 报警值。因
此, 为了保证机组安全运行, 必须选择开关时间较短的
除氧器上水旁路阀。
截止阀的开启高度小, 阀瓣行程小, 开关速度快,
p=
Q2 K v 10
( 2)
因 Cv = 1. 167K v , 则除氧器上水调节阀全开时, 流
量系数 K v = 398/ 1. 167= 341。因此, 在凝结水设计温
度为 32. 6 , 密度为 103 kg/ m 3 ( 即 1 g / cm3 ) , 除氧器
上水调节阀全开, 流量为 780 m3 / h 时, 调节阀压力损
凝结水泵变频改造 节能效果分析及提高措施
黄莉莉1 , 李建河2
1. 淮北发电厂, 安徽 淮北 235000 2. 淮北国安电力有限公司, 安徽 淮北
2351 06
[摘
要]
[ 关 键 词] [ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文 章 编 号] [ DOI 编 号]
以淮北国安电力有限公司( 国安公司) 国产引进型 2 300 M W 机组为例, 对进一步充分 挖掘凝结水泵变频改造的节能效果和经济效益进行了分析。提出将除氧器上水旁路阀 更换为截止阀, 同时保持部分开启的解决方案。实施后, 进一步降低了凝结水泵功率, 机组可再节能 13% 。 凝结水泵; 变频器; 调节阀; 流量系数; 阻力损失 T K 264. 1+ 2 B 1002 3364( 2011) 06 0079 03 10. 3969/ j. issn. 1002 3364. 2011. 06. 079
输油泵变频节能技术的应用
输油泵变频节能技术的应用摘要：输油泵采用变频调速节能技术，改变过去传统的阀门节流工况调节方式为先进的改变离心泵转速来调节工况的方式，不仅操作方法简单易行，在产生较好的经济和社会效益的同时，也达了到良好的节能效果，而且在生产运行中减少了输油泵之间的相互机械冲击、轴承的摩损和运行时的噪音，提高了运行效果，进一步加强科学研究和探索，改进技术设备，完善技术措施，使变频技术更好地应用于生产实践中，促进输油系统更好的发展，创造更大的价值。
关键词：输油泵；变频调速；节能技术前言输油泵是输油站生产过程中不可或缺的关键输送设备，因为输油泵的特点和管路的特点并不是十分的协调匹配，在实际工作中需要借助输油泵出口处阀门的调节，通过调节其开口度的大小来达到控制流量的目的，这种通过调节阀门来控制流量的方式，必然会因为阀门的开合在附近区域产生一定的压力差，从而产生一定能量损耗，造成能源损失。
输油泵应用变频调速技术，通过输油泵转速的改变，调节运行情况，减少压差带来的能源损耗。
本文对输油泵的变频节能技术进行了分析，输油泵变频节能技术不仅降低了油耗，还达到了节约成本、改善输油工艺的目标，提升了企业的经济和社会效益。
1输油泵机组变频调速节能技术原理输油系统中使用的输油泵多为离心泵，下面的讨论以离心泵为例。
根据离心泵的特性，其工况的调节主要是调节流量，而离心泵调节流量最常用的方法有两种：一是通过调节泵出口阀的开度进行调节，另一种则是通过改变离心泵的转速进行调节。
前者虽然调节方便，但造成能源浪费巨大；通过对输油泵电机的变频改变电机的转速，来实现输油泵的工况调节，是满足工艺运行条件下的一条可行的技术途径。
通过保持离心泵输送流量不变，使泵的扬程由胃减少为两，郎在保证满足输油量的情况下，通过削减离心泵扬程来达到节约能量的目的，这就是离心输油泵变频节能的原理。
变频技能技术主要是将先进的电子技术以及计算机网络技术进行结合运用的一项技能技术，随着科学技术水平的不断提升，变频技能技术得到改进完善，与此同时等到普及推广与广泛应用。
变频调速技术在输油泵机组中的节能效果
浅谈变频调速技术在输油泵机组中的节能效果摘要：输油泵是输油站生产运行中最主要的能耗设备，由于输油量变化范围较大，在实际运行中需要根据实际工况控制输油泵出口阀门的开度来调节流量，以满足生产工艺需要，这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的压差，大量的能量消耗在泵出口阀前后，造成能源的浪费。
油房庄站外输泵机组应用了变频调速技术，实现了通过改变输油泵的转速，进行工况调节，消除压差而产生的节流损失，降低输油能耗，节省了成本，改善了输油工艺，保障了生产。
关键词：变频调速技术变频器节能输油泵一、前言1.变频调速技术应用现状变频调速技术是集现代电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。
90年代以来，随着大功率技术的发展，大规模集成电路和计算机技术的突飞猛进，交流电机的变频调速技术已日趋完善，在各行各业得到了广泛的应用。
尤其在石油行业水、油泵控制系统上的应用，得到了用户对其节能效果的一致认可。
2.变频调速技术原理按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n=(1-s)60f/p= n0×（1-s）（p：电机极对数；f：电机运行频率；s：转差率）从式中看出，电机的同步转速n0 (n0=60f/p)正比于电机的运行频率，由于转差率s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n 约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。
电机的转差率s和负载有关，负载越大则转差率增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
3.输油泵机组变频调速节能技术原理根据离心泵的特性，其工况调节主要是调节流量，而离心泵调节流量最常用的两种方法是通过调节泵出口阀的开度和通过改变离心泵的转速进行调节，前者虽然调节方便，但能源浪费严重；通过改变输油泵电机转速，来实现输油泵的工况调节，是满足工艺条件下运行的可行的技术途径。
由离心泵特性可知,在管路特性曲线不变的情况下,改变离心泵转速后,其性能参数的改变由以下式决定。
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燃油泵变频调速改造及节能分析李京泽
摘要：古交电厂燃油系统由三台燃油泵组成，长期处于运行状态，能耗损失很大，电机轴承长时间温度在70℃以上，造成燃油泵损坏、管路系统磨损漏油，现
对燃油泵进行变频控制改造。
已解决上述问题，提高系统安全性经济性。
关键词：燃油泵；变频器
古交电厂一期两台300MW机组和二期两台600MW机组供油系统由三台燃油泵组成，为机组启动及助燃用油，正常运行方式为一用二备。
原燃油泵采用人民
开关厂框架开关智能脱扣器进行启停控制，电机在额定转速下带泵全速运行，机
组运行中油系统长期处于运行状态，系统油压靠回油门手动调节。
这种运行方式
不仅能耗损失很大，电机在启动后轴承长时间温度在70℃以上，造成燃油泵损坏、管路系统磨损漏油等故障率增大，影响燃油泵使用寿命。
燃油泵改造1台存在隐患，主要是改造后的燃油泵突然停运，联动起工频泵后，系统压力大幅度上升，有可能造成燃油泄漏等问题而引发火灾。
为避免此问题，本次改造两台燃油泵，两台燃油泵之间具有联锁功能。
1#、2#燃油泵在综合
水PC A段所挂，3#燃油泵在综合水PC B段所挂，为保证设备运行可靠性，故本
次改造2#、3#燃油泵电机。
1 改造方案
1.2一次系统
2#、3#燃油泵电机变频改造采用一拖一方式，带2把双投旁路刀闸，供变频器故障后切
至工频运行。
燃油泵电机变频改造在现场装设2面800×600×1600控制柜，其中旁路柜2面（变频故障时切换至工频），变频柜2面（可合并装到变频柜内）。
所有柜体采用上进线方式。
旁路柜刀闸的容量按照2倍额定电流选取，即500A的额定容量。
变频器选取留有一定
的裕度配置，选取132KW变频器拖带110KW的电机。
变频柜和旁路柜拟安装在燃油泵房靠
输煤侧的消防用的空房间中，需要做盘柜钢架基础和少量电缆桥架。
1.3 控制系统
（1）原有的燃油泵开关控制画面不变，在DCS中实现两台变频器常规控制画面：即“变
频器变频和工频”按钮，“变频器合闸”、“变频器分闸”指令，“变频器速度给定”指令、“变频器
速度反馈”信号，变频器“就地、远方”信号，“变频器运行、停止”状态信号，“变频器故障”信号，“故障信号复归”按钮，变频器“联锁投、退”按钮，变频器“备用投入/解除”按钮，“变频器
电流”信号，同时要求油压的调节通过DCS（输出4～20 mA的PID电流信号）分别给两台变
频器实现无扰动故障切换。
（2）两台调速泵互为热备，并要求主备调速4--20ma模拟量指令互相跟踪，实现主备调
速泵无扰动切换。
（3）本次改造同时改造两台泵，以免在回油量很小的情况下调速泵跳闸联启工频泵导致
系统超压引起安全问题。
在两台调速泵互为备用的情况下解除工频泵的自动备用功能，工频
泵作为紧急备用由发电部手动启动。
（4）本次变频改造，在主机房原燃油系统进油母管压力监控装置上新加压力变送器2个（为了不在燃油母管上动火焊接，本次不增加压力测点），与原来的一台实现三取中（防止
由于压力变送器损坏导致全部燃油泵必须倒至工频运行），接入DCS监测和调节燃油泵出口
母管压力，控制纳入#1机组DCS系统。
（5）本次改造不改变原有的二次接线和控制系统，充分利用原控制系统控制方式及控制
电缆，减少DCS控制系统的修改量以及外部线缆的投入，只增加两台变频器的常规的检测、
控制和联锁功能。
在DCS中增加变频和工频方式切换按钮，在工频方式下，继续进行原有的
控制系统；在变频方式下，按照以上的要求进行控制逻辑修改。
2 改造后运行方式要求
（1）改造后达到的目的：各台机组锅炉燃油系统回油门关闭，靠燃油泵变频器调节电机转速保压。
（2）正常情况下的控制方式为：#2燃油泵（#3泵）变频运行，#3燃油泵（#2泵）变频备用方式，#2、#3泵互为备用，#1泵不作为#2、#3泵备用泵，各机组燃油系统的回油及再循环调整门由运行人员远程手动关闭。
当系统超压时机组燃油回油调整门自动投入自动参与调节，调整顺序由运行人员根据实际情况决定。
（3）非正常运行方式时：#1燃油泵运行，#2、#3变频泵均可作为#1泵备用泵；#2、#3变频泵任意一台故障时，切为工频运行与#1泵互为备用。
此两种情况下，控制方式和原系统控制方式一致。
（4）在油温较低时，将回油调整门开到合适开度，变频器自动调整转速，加大油循环的速度，提高油温，保证燃油满足使用要求。
3 改造后效果
对两台燃油泵进行变频改造，实现#2、#3燃油泵变频器互为备用功能，变频恒压燃油泵控制系统通过检测管网压力，经变频器的内置PID调节器运算后，实时调节输出频率，实现管网的恒压供油。
采用变频调速闭环控制方式（减少燃油因回流的消耗功率），既实现压力调节恒定又达到节能的目的。
4 结论
燃油泵属于公用系统设备，运行时间较长，变频改造后，既能实现压力调节又能达到节能的效果。
根据初设及数据计算，燃油泵变频运行可比工频运行时节能30---50%额定功率。
电机功率110kw，即可节能33---55kw的能源，除去检修时间，一年节约的电量可达到300天*24*（33--55）=23.76--39.6万度电，按上网电价折合人民币约8.2--13.8万元。
燃油泵变频的改造，可以提高机组经济运行的指标，为我公司在节能创效的道路上向前迈一大步。