變頻技術(shù)催化裂解裝置

變頻技術(shù)催化裂解裝置

大慶煉化公司煉油二廠的180萬噸/年重油催化裂解裝置的油漿外甩槽子冷卻用水、余熱鍋爐外排污水、水封罐外排循環(huán)水及機泵冷卻用水使用后流入到地下水池,這些污水被提升泵升壓送往循環(huán)水系統(tǒng)回收利用。這部份污水的普遍特點是工藝變動時各處排水量變化大,其總量110t/h到320t/h之間波動,導(dǎo)致污水提泵工況變化大。隨著建設(shè)"節(jié)約型社會"和"清潔生產(chǎn)"意識的日益提高,該裝置對其轄屬的污水系統(tǒng)于2006年9月實施了以變頻技術(shù)為核心的節(jié)能和優(yōu)化操作改造,達(dá)到節(jié)能、杜絕污染、降低維修費用以及優(yōu)化操作的目的,在改造后,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1改造前系統(tǒng)狀態(tài)和存在問題

提升泵的參數(shù)和流程

污水提升系統(tǒng)中核心的設(shè)備是三臺立式泵,泵體直接插入污水池內(nèi),污水池體積較小,泵插入水中的深度受泵的插入長度限制,可控操作液位僅有。且泵出口僅有一蝶閥現(xiàn)場手動進(jìn)行流量和水池液位的控制。泵的主要參數(shù)見表1。

由于立式提升泵直接安裝有污水池上方的大跨度水泥梁上,基礎(chǔ)剛度相對較差,運行過程機泵會產(chǎn)生相對較大的振動。在泵抽空等不良運行狀態(tài)下,機泵會產(chǎn)生更為強烈的振動,加速了機泵故障的出現(xiàn)。

該系統(tǒng)的流程較為簡單。三臺提升泵一開兩備或兩開一備,隨水量的變化操作較為困難,稍處理不及時就會出現(xiàn)污水外溢事件發(fā)生,污染周圍環(huán)境。

流量設(shè)計和水量調(diào)節(jié)方式不合理

污水流量變化大,且三臺泵設(shè)計流量匹配不合理。在水量較小時,3#泵不能滿足流量的要求,1#泵或2#泵單獨使用時也易出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,導(dǎo)致設(shè)備損壞,造成維修次數(shù)和費用增加。

通過閥控制流量調(diào)節(jié)外排水量,系統(tǒng)功率損耗大,工人勞動量大。流量突增時,泵又不能滿足排水量的要求,易出現(xiàn)污水外溢事件,污染周邊環(huán)境。

2提升泵變頻調(diào)節(jié)排水技術(shù)

節(jié)能原理

假設(shè)系統(tǒng)要求流量由Q1減少到Q2,兩種調(diào)節(jié)方式的特性曲線見圖2。

a、閥門調(diào)節(jié)。閥門磨擦阻力增大,管網(wǎng)特性曲線由R移至R′、揚程從Ha上升至Hb、運行工況點從a移至b。

b、變速調(diào)節(jié)。管網(wǎng)特性曲線不變,泵的特性取決于轉(zhuǎn)速,泵特性曲線由移至′、揚程從Ha下降至Hb。運行工況點從a移至c。

根據(jù)離心泵特性曲線公式:

式中N——水泵工況點軸功率,Kw

Q——工況點的流量,m3/s

H——工況點的揚程,m

ρ——輸送介質(zhì)密度,Kg/m

η——工況點的泵效率,%

得出泵運行在b、c點的軸功率和ΔN為:

可見調(diào)至同樣流量,閥門調(diào)節(jié)會損耗ΔN功率,形成能量損失,且隨著閥門不斷關(guān)小,ΔN還將增加,采用變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制流量,可避免ΔN功率的損耗。在九江石化公司的變頻應(yīng)用中證明,當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速運行80%時,節(jié)能可達(dá)到40%。[2]

常用的污水泵變頻調(diào)速排水模式

變量恒壓模式。保持污水外排水管壓力不變,通過管網(wǎng)閥門控制、增減水泵臺數(shù)、泵出口打回流或者變頻調(diào)速調(diào)節(jié)泵的出水量。對于某一恒壓P,變頻調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速,可得到不同流量以控制污水池的液位。這種變頻模式可節(jié)省泵出口閥節(jié)流限壓的能量消耗,較傳統(tǒng)排水方式節(jié)能20%,控制比較方便,管網(wǎng)壓力基本恒定。該模式適合水量波動幅度小、泵出口壓力要求穩(wěn)定的污水系統(tǒng)。

變壓變量模式。由于裝置污水排放量變化較大。在原有的排水系統(tǒng)中投運水泵臺數(shù)和轉(zhuǎn)速不隨排水量變化而改變,負(fù)荷低峰時將浪費電能。根據(jù)排水量和水位的對應(yīng)關(guān)系,用變頻器調(diào)整水泵工況點,調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,通過控制污水池的液位,實現(xiàn)其進(jìn)水與排水的平衡。生產(chǎn)中對排水壓力的變化沒有過多要求,流量變化很大,這種模式更適合于煉油廠催化裂解裝置的污水回收系統(tǒng)。

3污水排放系統(tǒng)工程改造

前期工作

為保證變頻調(diào)速技術(shù)在污水提升排放系統(tǒng)的可靠應(yīng)用,采取有力措施治理泵P2的基礎(chǔ),提高其備用的可靠性;選擇大流量的泵P1使用變頻技術(shù);安裝45Kw西門子變頻器一臺;在裝置DCS上增設(shè)以污水池液位為控制目標(biāo)的PID控制器;更換靈敏度較高的液位傳感器。

污水提升排水自動化系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方式。改造后的系統(tǒng)是以污水池液位為控制對象,更換水池液位傳感器,水泵電源增設(shè)變頻器,在裝置的DCS上增加PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)的PID控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過控制泵P1的轉(zhuǎn)速,穩(wěn)定污水池的液位,具有實時采集水位、液位異常報警的功能。同時,可在DCS的PID調(diào)節(jié)器上使用手動和自動兩種模式遠(yuǎn)程控制,達(dá)到優(yōu)化運行之目的。

運行方式。系統(tǒng)控制一臺水泵,采用一開二備的方式,泵P1作為主泵,變頻運行,泵P3作為第一備用泵備用,泵P2作為第二備用泵備用;通常情況變頻泵P1排水,泵的轉(zhuǎn)速以水位為控制目標(biāo),當(dāng)該泵超過其功率時,先啟一臺小泵P3增加流量,此時,要求小泵P3滿負(fù)荷運轉(zhuǎn),P1變頻進(jìn)行適量調(diào)節(jié);如流量繼續(xù)增加,兩臺泵均超負(fù)荷或長時間都達(dá)到滿負(fù)荷時,停小泵P3,啟運大功率泵P2。這種運行方式完全能滿足裝置最大工況運行,且在實際生產(chǎn)中未發(fā)生污水外溢事件。

4.運行效果

保證了環(huán)保要求。改造前,當(dāng)處于裝置不正常運行且操作不及時,就會發(fā)生污水外溢事件,污染裝置周邊場地,不完全統(tǒng)計每年都有3到6次。改造后,污水外溢事件再未發(fā)生。

系統(tǒng)運行可靠。變頻啟動和調(diào)速,P1電機轉(zhuǎn)速明顯下降,運行狀況明顯改善,機泵完好率達(dá)到100%。水泵出口閥全開,消除了閥門節(jié)流產(chǎn)生的噪聲。運行中隨著壓力的變化,變頻器輸出頻率一般在30~40Hz,泵轉(zhuǎn)速下降了20-40%,水泵出口壓力保持在以下。同時,機泵的檢修費用每年可節(jié)省萬元。

節(jié)能效果顯著。對比分析設(shè)備正式投入使用前后20天的數(shù)據(jù)?？梢娒磕臧催\行330天計算,可節(jié)約電費9萬余元。

結(jié)束語

根據(jù)排水系統(tǒng)各自特點可選擇不同的形式實現(xiàn)節(jié)能降耗,工業(yè)污水排放系統(tǒng)宜采用變壓變流量方式,實踐