一、艾米克變頻器在石油工業(yè)上的應用。 AMK3800變頻器是如何在石油行業(yè)中的應用？

    石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎行業(yè)，同時也是耗能大戶，其主要生產(chǎn)工藝都是通過各種泵、空氣壓縮機來完成。目前，這些油泵、水泵和空氣壓縮機大都處于電動機驅動恒速運轉狀態(tài)，如將占絕對多數(shù)的非調速型電機改成調速運行,使其耗電量實現(xiàn)隨負荷大小而變化,則可節(jié)約大量能源，將產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果?，F(xiàn)代電力電子技術、交流調速技術的發(fā)展使得交流電動機變頻調速在頻率范圍、動態(tài)響應、精度要求和使用效果等方面發(fā)生了巨大的飛躍。據(jù)不完全統(tǒng)計,各大中型石化企業(yè)中,鼠籠式異步電動機占整個電動機總容量的80％，因此,它為交流調速技術在石化行業(yè)中的應用提供了廣闊的發(fā)展空間。

    1.1艾米克變頻器在游梁式抽油機上的應用。

    游梁式抽油機使用方便、可靠、經(jīng)濟,是目前采油生產(chǎn)中的主要設備。為了減小抽油機上下沖程負荷的波動,一般都配有平衡塊。抽油機電機的負荷是一周期性脈動負荷,并迭加有瞬間的沖擊。抽油機電機的負荷曲線上有兩個峰值,分別為抽油機上下沖程的“死點”。抽油機自由停車后再啟動時，總是從死點處啟動,因此抽油機電機要求啟動轉矩大。為了保證足夠大的啟動轉矩,抽油機電機正常運行時負荷率很低,一般在20%左右,負荷率高的也不過30%。低負荷率運行造成功率因數(shù)低,效率低,電能浪費大。 

　　因此，在設計選配抽油機電機時，普遍的做法是令其抽取量大于實際負荷。它所帶來的新問題是當抽油機排量過剩時，抽油機的運行會出現(xiàn)無功抽取，出現(xiàn)空抽或泵空狀態(tài)，伴隨泵空還會產(chǎn)生井噴、氣鎖等事故，而井噴、氣鎖又是導致鉆具組、泵裝置甚至地面設備損壞的主要原因。另外，由于過度的不間斷運行，機械設備的損耗也相應上升，造成傳統(tǒng)抽油機成本高，噪音大，運行可靠性低。有效控制泵空是亟待研究的課題。抽油機是油田耗能大戶，用電量約占油田總用電量的40％，其總體效率很低，據(jù)調查一般在30％左右，過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。因此，抽油機的節(jié)能潛力非?？捎^。

　　近年來，市場上直接針對抽油機的節(jié)電技術主要有兩大類:一是開發(fā)不同類型的抽油機節(jié)能電機，如超高轉差率電動機、三相永磁同步電機、高啟動轉矩雙定子結構電機和電磁調速電機等。但由于資金投入太大，在許多油田用節(jié)能電機取代普通異步電機尚無法全面推廣。二是使用節(jié)能配電箱，其中包括定子繞組Y-Δ轉換調壓和電容器動態(tài)無功補償及靜態(tài)無功補償?shù)取２捎酶淖兌ㄗ永@組的接法可以改變電機電壓，但電機只能得到固定電壓，節(jié)電效果并不理想。雖然有些裝置采用雙向晶閘管實現(xiàn)定子電壓隨負載變化連續(xù)調節(jié)，節(jié)電效果較好，但是電源電流波形發(fā)生畸變，電網(wǎng)諧波污染嚴重，不宜大面積長期使用。而采用變頻調速控制，則可以改變抽油機長期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實際負荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護成本，提高運行效率。

　　勝利油田孤東采油廠采用了抽油機變頻調速技術對稠油井實施改造，油井泵效顯著提高，日均增油2.1t，節(jié)電率達30%以上，且上、下沖程速度可任意調整，減輕了工人的勞動強度。其經(jīng)濟效益通過對15口井的跟蹤，用加權平均法計算出單井年效益如下:

　　(1) 增產(chǎn)及減少電耗費用　增產(chǎn),50.4萬元，節(jié)電0.61萬元，合計,51.01萬元。

　　(2) 投資設備及土建安裝費等共計9.43萬元。

　　(3) 設備維護及折舊費1.36萬元/年。

　　(4) 稅金8.56萬元/年。

　　(5) 利潤41.08萬元/年。

　　(6) 投資回收時間＝投資/(利潤+稅金)＝70天

　　1.2 在潛油電泵上的應用

　　潛油電泵采油作為一種大排量、高效率、管理方便的機械采油方式,在油田得到了廣泛的應用。然而,對于復雜斷塊油田來說,油水井的對應連通性差,部分潛油電泵井出現(xiàn)供液不足,影響到潛油電泵的正常生產(chǎn)及井下機組運轉壽命。以某油田采油廠為例,1997年以來,約有30%的電泵井由于供液不足而經(jīng)常出現(xiàn)欠載停機現(xiàn)象,由于供液不足造成的躺井占總躺井數(shù)的45%,平均檢泵周期只有66d,平均單井年維護費用增加了13.86萬元。為了延長電泵井的檢泵周期,保證電泵井的正常生產(chǎn),引進了潛油電泵變頻控制技術,通過改變供電電源的頻率,控制潛油電機的轉速,對泵的排量進行調節(jié),使?jié)撚捅玫墓ぷ魈匦院陀途漠a(chǎn)能相匹配、電泵機組在最佳工作區(qū)內工作,達到減少機械及電氣故障、延長電泵井壽命、增產(chǎn)及節(jié)能的效果。

　　在推廣應用潛油電泵變頻器以后,使用效果十分顯著，具體如下:

　　(1) 現(xiàn)場投產(chǎn)一次成功率為100%,措施有效率為100%,

　　(2) 電泵井平均功率因數(shù)由0.83上升至0.94;

　　(3) 平均檢泵周期由66d提高到了273d,延長了207d

　　(4) 共減少電泵井欠載停井185井次,減少停井占產(chǎn)235t,電泵井平均生產(chǎn)時率由67.8%提高到98.1%,共減少作業(yè)躺井42井次,減少作業(yè)占產(chǎn)336t,

　　(5) 投入產(chǎn)出比達1:4.38

　　二、變頻器在石油鉆機上的應用。鉆井過程分為起落井架,鉆進,泥漿循環(huán),鉆具更換,下套管,測井等幾大工序。主要分為絞車,轉盤和泥漿泵等。絞車由滾筒、齒輪箱、離合器、制動器、電機和控制設備組成,用來起落井架,提升和下放鉆桿、套管。隨著井深的增加,鉆具越來越長,重量迅速加大,絞車的負載也越來越大。我國目前已有7000m深的油井,其鉆具近600t重。由于每鉆進約9m就要提升下放鉆桿1次,因此絞車作業(yè)時間也隨著井深的增加而占整個作業(yè)時間的比例越來越大。為降低成本,希望在野外或海上的作業(yè)時間越短越好,這不僅要求絞車能高速運行,平穩(wěn)起停,以保證不損壞鉆井設備并提高井的質量,還要求驅動設備具有良好的動態(tài)特性。如果在內線井區(qū)作業(yè),電源可與井區(qū)電網(wǎng)相連,下放鉆桿時電機工作在發(fā)電狀態(tài),能量可回饋電網(wǎng),節(jié)能效果顯著。

　　新疆石油管理局鉆井公司為可打3200m深度的一套鉆井設備配置了艾米克變頻器，所用產(chǎn)品為Siemens　SIMOVERT　MASTER-DRIVES　6SE71電壓源型變頻器柜，并且取得了較好的效益。在鉆機技術更新、改造過程中,采用先進的變頻器應是優(yōu)先考慮,頗具推廣價值的方案，它將大大推動我國石油機械的技術進步。

　　另外，在油氣集輸、油氣加工、含油污水處理、供水、排水、油田注水等系統(tǒng)中艾米克變頻器也有廣泛的應用，限于篇幅在此不一一舉例。

　　三、變頻器在煉油行業(yè)中的應用。機泵是煉油廠的心臟，在煉油過程中機泵輸送的物流總量約為原油加工量的40多倍，如加工量2.5Mt/a的煉油廠，每年物流的輸送量高達近億噸，所以耗電量之大是可想而知的。在煉油裝置中,電動機是應用面最廣、數(shù)量最多的電氣設備之一,其大部分負載為機泵,而定速泵在所耗功率中,被工藝物流吸收作有用功率的僅占30%-40%,其60%-70%的電能消耗于調節(jié)閥節(jié)流控制壓降和因為處理量、收率變化及設計裕量大所造成的“大馬拉小車”而導致的泵出口閥壓降上。機泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實際負荷相匹配,使之在控制過程中降低阻力,提高系統(tǒng)效率。這就為變頻調速技術提供了廣闊的應用空間。實踐證明,變頻調速裝置是企業(yè)技術改造、節(jié)能降耗的理想設備。毫無疑問,這種調速方式將成為石化企業(yè)中驅動系統(tǒng)的中樞。

　　在泵類負載中的應用。變頻調速技術通過改變電動機定子電源頻率來改變電動機轉速,相應地改變機泵的轉速和工況,使其流量與揚程適應管網(wǎng)介質流量的變化。

　　如圖1所示,n為泵特性曲線,A為管路特性曲線,H0為管網(wǎng)未端的服務壓力,H為泵出口壓力。當用水量達到最大(Qmax)時,水泵全速運轉,出口閥門全開,達到了滿負荷運行,泵的特性曲線n0和管網(wǎng)特性曲線A0匯交于b點,則其工況點為b,此時,泵的出口壓力為H,未端服務壓力剛好為H0。當流量從Qmax減少到Q1的過程中,泵全速運轉,靠泵出口閥門關小控制:此時,管網(wǎng)阻力特性曲線變陡(A2),泵的工況點由b上滑到c點,而管網(wǎng)所需的揚程將由b點下滑到d點,這樣,c點和d點揚程的差值即為全速泵的能量浪費。泵變速運轉,靠管網(wǎng)取不利點壓力恒定來控制:此時,當流量為Qmax下降到Q1時,泵降低轉數(shù),泵特性曲線變?yōu)閚1,其工況點為d,正好落在管路特性曲線A0上,這樣可使泵工作點始終沿A0滑動。管網(wǎng)的服務壓力H0恒定不變,其揚程與系統(tǒng)阻力相適應,沒有能量的浪費,從而達到了調速節(jié)能的目的。

　　大慶石化總廠已對裝置內負載波動大,調節(jié)閥節(jié)流嚴重的機泵安裝了65臺變頻器,總容量為3600kw,其中大部分是閉環(huán)控制系統(tǒng),即現(xiàn)場一次表經(jīng)變送器將信號通過屏蔽電纜送到PID調節(jié)器,調節(jié)后通地屏蔽電纜將4-20ｍA直流信號送到變頻器的設定口,控制變頻器的輸出;余下部分是開環(huán)控制系統(tǒng),即根據(jù)控制目標通過電位器給定來控制變頻器輸出,以使電動機工作在符合工藝要求的轉速上,完全靠變頻器輸出控制電動機轉速來控制流量,使機泵的出口閥達到全開狀態(tài),揚程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合,泵出口揚程大幅度下降,電動機輸出有功功率也明顯降低,獲得最佳的節(jié)能效果。變頻器的使用,使節(jié)電率達到50～70%,年節(jié)電810萬kwh;另外,變頻器的使用,不但實現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動化,而且延長了設備了使用壽命,保證了裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

在石油氣壓縮機上的應用，某煉油企業(yè)有2臺石油氣壓縮機,單機額定功率75kW，一開一備運行方式，而在實際生產(chǎn)中，只需大約45kW的輸出功率。壓縮機在低于額定工況下運轉，負載率較低，而且其風壓與流量大小要靠手動閥來調節(jié)，操作困難，也浪費大量電能。為此，采用變頻調速技術進行改造，用PLC實現(xiàn)自動調節(jié)和各種控制功能。系統(tǒng)結構圖如圖2所示。

　　設定壓縮機管網(wǎng)正常出口壓力為P1,而現(xiàn)場實際測定壓力為P2,根據(jù)ΔP(=P2-P1)值的大小,由PLC內的PID功能模塊進行PID運算,控制變頻器來改變電機轉速,達到所要求的壓力。當ΔP>0時,即現(xiàn)場壓力偏高,則提高變頻器的輸出頻率,使電機轉速加快,提高實際風壓;當ΔP<0時,即現(xiàn)場壓力偏低,則使轉速降低,ΔP減小。這樣不斷調整,使ΔP趨于0,現(xiàn)場實際壓力在設定的壓力附近波動,保證壓力穩(wěn)定。