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1、变频调速技术在石油化工行业中的应用.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。 本文由kirtt贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 变频调速技术在石油化工行业中的应用 变频调速技术自二十世纪八十年代后，已广泛地应用于我国国民经济的各行各 业。石油化工行业也不例外，不管是原油、天然气的开采，还是炼油、化工装置， 直至下游最终化纤、塑料、化肥等都大量工艺应用了变频调速技术（特别是合成 纤维
2、工业，变频几乎是唯一方案 变频调速技术自二十世纪八十年代后，已广泛地应用于我国国民经济 的各行各业。石油化工行业也不例外，不管是原油、天然气的开采，还是炼油、 化工装置， 直至下游最终化纤、 塑料、 化肥等都大量工艺应用了变频调速技术 （特 别是合成纤维工业，变频几乎是唯一方案）。石油化工行业应用变频调速技术的 理由有两个： 变频调速技术在石油化工行业中的应用 2010 年 12 月 3 日，第一，生产工艺 的要求调速运行，提高产量和质量； 第二，节能减排、的需要。因为石油化工行业有众多的离心式风机、泵类和 气体压缩机，调速方式改变流量可以节省可观的电能。节电的同时就是减排有害 气体，实现环保
3、。 2 变频调速在石油钻机中应用（变频石油钻机） 地质勘探到石油或天然气矿源， 需要钻井地下数千米， 开采到原油或天然气。 因此，钻一个发现井（评价井），几个试验井以及大量的生产井。这样方才形成 一定规模的油田井坊。 石油钻机是石油开采的重要设备。钻机过去有柴油发电机组，交流电网供电 及直流驱动钻机，目前交流变频钻机已成为新型电驱钻机，它具有诸多直流钻机 无法比较的优越性，是石油钻机今后发展的趋势。 2.1 石油钻机采用变频调速技术的理由 （1）不同的断层地质，应有不同的钻机速度。调节转盘转速和钻进压力， 从而改变钻机的钻进速度。 （2）变频调速可以实现软起动，减小电流冲击，避免巨大的电磁应力
4、和机 械应力，延长钻机的使用寿命。 （3）鉴于钻机工况的特殊性，当钻机遇到岩石等硬质层时，会发生卡机情 况，电流会急剧上升。由于变频器采取了灵敏电流传感器取样及功率模块 igbt 管结压降措施，变频器会在 10ms 极短时间内输出，了钻机设备。 2.2 石油钻机变频调速应用实例 应用实例 1：市石油管理局井下钻井公司 3000 米深度的钻机。采用山东新 风光电子公司风光牌 jd-bp32-500z 专用钻机变频器，3，380v，500kw、940a。 应用实例 2：50103 队应用在 2900 米和 4500 米井上。采用 abb 公司 acs600 系列变频器七台，800kw.600v 等
5、级。山东永济电机厂提供七台 800kw 变频电动 机，上海三高石油设备公司制造 5000 米交流变频钻机，50dbs 全变频电控系统。 3 采油用抽油泵和潜油泵的变频调速系统 采油工作任务就是最大限度地将原油从油层中采到地面上来， 油井是连结油 层和地面的通道。 采油方法是指流到井底的原油采到地面上所用的方法。 一般有二种： 1）自喷采油（利用油田内的本身能量）； 2）人工举升采油（利用能量）或称机械采油。 鉴于我国多数油田的天然能量不足，自喷采油方法很少见。所以采用两种抽 油机，有杆泵往复式抽油机（又称式抽油机）及地下潜油离心式电动泵抽油机。 3.1 游梁式抽油机（又称式抽油机）变频调速 3
6、.1.1 游梁式抽油机的结构 抽油机是抽油井地面机械传动装置，它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井 下原油抽到地面。 按照抽油机的结构和工作原理不同可分为游梁式抽油机和无游 梁式抽油机。目前油田主要是游梁式抽油机。 3.1.2 抽油机的工作原理 由电机供给动力，经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动，并 由曲柄连杆游梁机构将旋转运动变为抽油机的往复运动， 带动深井泵工 作。 3.1.3 抽油机调节抽油量的方法 抽油机井下深井泵（有管式泵和杆式泵两种）其结构如图 1 所示。 深井泵的工作原理： 当活塞上行时， 吸液体入泵， 排液体出井； 活塞下行时， 泵筒内液体转移入油管内，不排液体出井。
7、从油井采出的水是由无到有，由低到 高；而采出的原油则由高到低逐步下降。因此，抽油机应根据井下含水的上升， 不断地加大抽液量，见图 2。 图 3 为式抽油装置示意图: 地石阶旋转运动变为往复运动; 抽油杆（约 8 米长）连接驴头和深井泵； 活塞式（容积式）深井泵。 变频调速游梁式抽油机，驱动电动机由变频器供电，不需要机械变速挡和调 节过程。若采用变频调速的游梁式抽油机，无极平滑调节电机转速，即可调节深 井泵的抽液量。不需要停机更换盘，也无需改变深井泵活塞的冲程，还可以实现 电动机软起动。 由于采用变频调速系统，使抽油机动态适应油井负荷变化，也可方便地进行 参数调节可实现最经济的控制。同时其软起动
8、性能好，可延长抽油机寿命，减少 维修费用。 应用实例 1：某油田抽油机采用变频调速。采用伦茨变频器，380v.55kw， 一次 128 眼油井，收到了良好的节电，节电率在 20%以上，增产效果亦较理想。 应用实例 2：临盘采油厂游梁式抽油机应用中压三电平变频器，1140v/75kw 电动机。在该厂 344 站，l4515#上试验，节电效果良好。 3.2 潜油电动离心泵抽油机的变频调速 由于有杆深井泵采油不适用于： 油层厚度大； 出油能力强； 产液量高的油井。 而潜油离心电泵，具有排量大，扬程高的特点，适应大液量开采的油田。 图 4 为潜油电泵装置示意图。 变频器及电气控制设备在地面上，电动机和
9、多级离心泵在几千米的井下。 3.2.1 潜油离心泵采用变频调速的理由 1）频率变化范围（3090hz）进行系统试井，使电泵机组与油井产能以最 佳匹配； 2）调整电泵排量，使之适应油井供液情况，减少“起下泵”的次数； 3）可实现低速软起动，逐步加速，延长潜油泵机组的寿命。 3.2.2 潜油电泵专用变频器特殊要求 因为油井深数千米，变频器与电动机之间距离也是数千米，因此要求变频器 输出波形为正弦波，谐波愈小愈好。否则线压降很大，电机无输出力矩，拖不动 负荷。一般宜采用功率单元的多电平完美无谐波变频器（robicon 电）。 应用实例：渤海石油公司，中海油集团（中国海上石油、天然气集团公司） 海上采
10、油平台，潜油电泵变频调速。利德华福公司变频器 15 台，输出 1100v 电 压，90a 运行正常。电动机 15 台，输入 970v 电压，44a（电缆压降230v） 4 油田注水泵站中的变频调速 4.1 为什么要注水？ 我国多数油田的天然能量不足，所以都采用注水采油方法。分层注水向油层 补充能量（以水驱油）保持油层压力，是当前提高采油速度和油田采收率一项应 用最广的措施。特别是陆相沉积的油田，油层多，岩性变化大，分层注水是改善 油田开采状况，提高采收率的重要措施。 4.2 注水泵站设备 注水站的作用和主要设备如图 5 所示。 把来自水源并经过处理合格的水，经高压注水泵升压，以满足注水井所需的
11、 注入压力。然后通过输出水管网，注入到油层中去。 4.3 油田工况需调流量 由于各个油田含油面积的大小，油层渗透率的高低和连通情况各不相同，因 此要根据油田各自的特点选择适宜的注水方式。 及时掌握和调整泵压输水管线压 力。 4.4 变频调速注水泵 油田注水泵站若采用变频调速系统， 可以平滑无极地调节注水泵的出口压力 和流量。控制系统能做到“恒压力”供水或“恒流量”供水。省去既往采用的调 节阀门方式，可以节能。 由于注水泵一般为 6kv 高压，大容量 8002000kw，可以节能，效益好。 我国的油田，早在 60 年代开发初期就进行人工注水，及时补充油层能量， 使油田产量和气油比保持稳定。 5
12、油田中油气集输站变频调速技术应用 油田各井坊采来的原油或天然气，汇送至油田集输站处理。收集各油井产出 的原油（或天然气）及其伴生物，经分离、计量后汇集输送至处理站。将油气水 分离和净化，加药，脱水，排污以及锅炉蒸汽加热，生活热水等流程，达到质量 标准的原油和天然气再集中外运。 在油田集输站内变频调速应用场合举例： （1）分离装置 恒定分界线高度控制的变频调速系统 （2）加药泵装置 恒定 ph 值控制的变频调速系统 （3）集输站内：原油泵变频调速输送系统； 天然气变频调速输送系统； 液态烃变频调速输送系统。 （4）集输站外:供蒸汽（热水）锅炉 锅炉风机变频调速； 锅炉给水泵变频调速。 6 长距离
13、输油管道外运变频输油泵 原油的外运可以通过火车（列车）油罐车、汽车油槽车、大型油轮或长距离 管道输油泵。输送的终点是炼油厂的原油库或其他转运枢纽。 天然气的向外输送目前主要有两种方法： 管加压输送（可采用气体压缩机变频调速）； 将天然气液化成天然液化气（lng），用专用油轮运输。 6.1 长距离输油泵调速的理由 （1）不同品种的原油，不同的介质需要不同的流速。 离心泵结构图（2）工况不同，需要改变流量。 由于管道里输送原油的流量和粘度的变化会引起管道阻力变化， 因此应对流 量进行调节。对于离心式输油泵，因为流量与转速成正比（qn），所以离心式 输油泵调节流量就可从调速方便实现。 7 中国石油天
14、然气行业变频调速应用前景分析 中国石油行业中的注水泵、潜油泵、抽油机、输气泵等都是高耗电设备，占 行业用电量的 80%以上，而耗电费用在中国石油的成本中占了相当大的份额，某 种意义上讲节电就是直接降低石油成本。因此，石油行业应是推广电机节能的重 点行业。全国石油行业的各种泵及其他生产工艺上应用的变频器装置超过 120mw，年节电 2 亿 kwh，变频装置中 90%以上部分 1997 年使用低压变频器，主 要用在油田集输和供水等系统。 据专家估计，石油行业如果全面推广电机调速系统节能技术，总节电潜力约 为 35 亿 kwh。主要用电设备的节能潜力见表 1。油田大功率的注水泵、长输管道 输油泵变频
15、调速技术应用还相对较少，进一步开发的潜力很大。 8 交流电动机变频调速在炼油、化工装置中的应用 8.1 石化、化工行业变频应用潜力分析 石化及化工行业安装有大量的泵、风机和压缩机等通用机械，它们大部分靠 电机拖动，消耗大量电能和其他能源，这些产品使用变频调速装置并通过 plc 来控制，不但可以提高控制精度，使系统更加可靠，而且控制程序可随工艺流程 改变，便于与计算机接口实现分散网络，大大提高过程自动化水平，而且节能潜 力很大。 石化行业中炼油生产用风机、 压缩机用电占其总用电量的 90%， 泵、 其中 2/3 是在变负载工况下运行，采用变频调速的平均节电率为 52%。据调查，炼油厂风 机、泵的
16、电费已占炼油成本的 10%。另外，全国石化行业用于高压聚乙烯、各种 气体和液体的物流运输等高电压大功率风机、 压缩机保有量在 10000 台以上， 泵、 电压多为 6kv，单机容量在 2005900kw。常压电机采用变频调速的节能回收期 平均为 1.82.2 年，把高压电机根据其容量适当转成不同电压的低压电机、中 压电机，就便于推广变频节电技术，节能潜力大约为 30 亿 kwh。 化工行业的化肥和基本化工业的耗电为 437.5 亿 kwh 和 408.9kwh，节电潜 力为 185 亿 kwh，而且化工过程连续性很强，负荷经常波动，有调速需求；橡胶 工业对固体加工时负荷变化幅度大，必须调速。经
17、有关实验，在大型化肥厂高压 甲铵泵上使用变频器与使用液力变矩器进行能耗比较，变频器的节电率高出 28.7%左右。 石油化工的生产过程是一个比较典型的工艺过程。其有明显的连续性，其生 产介质大都是以流体（气体和液体）为主，这些生产流体介质从一个设备到另一 个设备，从一套装置到另一套装置，还需升压、降压、升温、冷却进行化学反应， 进行传热传质等过程，这些大量的流体输送及其过程，就构成了工艺过程的各基 本单元操作。承担流体输送任务的就是按工艺需要所配置的风机水泵和压缩机。 所以风机、水泵在化学工业企业中，属量大面广设备。 8.2 炼油、化工装置采用变频调速的理由 原因：（1）原设计的机泵选型都留有
18、10%以上的余量； （2）随着生产加工量物料品种等工况的变化。实际需求功率也变化，电机 的恒速运行和机泵恒压恒流的设计则导致电能浪费，存在“大马拉小车”现象； （3）原先调节流量大多采用节流方式，造成大量的能量损失。机泵是炼化 装置的心脏。电动机是应用最广，数量最多的电气设备，其大部分负载为机泵。 据分析过去定速泵的消耗功率，其中 3040%被工艺物流吸收（作有用功），还 有 60%70%的电能消耗于调节阀的节流压降和出口阀门的压降。因此，机泵节 能的根本途径在于如何使电气传动控制方式与实际负荷相匹配， 提高传动系统效 率，降低节流损失，这就为变频调速技术推广应用提供了广阔空间。 根据 200
19、7 年中国油气论坛油气勘探新领域新技术研讨会，认为我国可 能找到的石油资源为 650 多亿吨，目前探明率仅为 39%，可探明的天然气资源为 25 万亿立方米，目前探明率仅为 24.6%。这些数据说明中石油和中海油两大集团 公司尚有发展很大空间，中石化集团在炼油和石油化工行业上更需大力发展。 以上三大集团国有企业是石化行业变频器用户的主体。目前，需求产品大量 的是低压变频器（380v 和 690v）约占 6070%高压变频器（国外称中压变频器， 3.3kv6.6kv，10kv）约占 30%左右。从未来发展的趋势及产品供货情况的改善， 高压变频器在石化行业的应用会大大增加，变频调速因其节能、安全、易控制等 优势，必将成为石油化工行业电力拖动的主流方式。尤其针对石油化工行业中高 能耗，低产出的设备较多的情况，推广应用变频调速技术，也是石油化工行业可 持续发展的需要。 参考文献（略） 作者简介 刘亮喜（1936-）男曾任中国纺织大学研究生导师曾任上海石化公司设备动 力部高级电气工程师。曾合编“变频调速”、“风机水泵调速节能手册”等书五 本，公开发表论文 20 余篇。1