變頻器在天然氣凈化中的應(yīng)用

在石化工程中，油氣集輸、凈化等系統(tǒng)中使用的油泵、溶液泵經(jīng)常處于變工況運行，采用強制調(diào)節(jié)閥方式，會產(chǎn)生節(jié)流能源損失，易使泵形成旋渦沖擊，產(chǎn)生激烈振動的噪聲，降低泵的運行壽命和造成環(huán)境污染。目前，較*的方法是改變泵的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)一定壓力下流量的調(diào)節(jié)，滿足工藝要求。采用了變頻器后，電動機啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流可降至額定電流的1.5~2倍，保護了發(fā)電機和降低了發(fā)電容量，是凈化廠安全可靠運行的保證。

二、凈化工藝簡介

凈化天燃氣的目的，就是除去原料氣中的硫化物和水份。MDEA溶液由泵壓至塔頂，在高壓、常溫下，通過交換層流下，與原料氣中的硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生新的化合物，并且該物質(zhì)加熱后，分解還原為MDEA溶液和硫化氫氣體，MDEA溶液可循環(huán)使用，分離產(chǎn)生的硫化氫被放空焚燒；脫硫后的原料氣由下進入脫水塔，TEG溶液由泵壓至塔頂，并自上而下與原料氣充分接觸，TEG溶液吸收水份，加熱后水份自然汽化從而達到脫水的目的，TEG溶液又進入再循環(huán)使用。

隨著外輸氣量的變化以及時間、季節(jié)的影響，原料氣的氣量隨之發(fā)生變化，要求MDEA及TEG溶液的循環(huán)量也相應(yīng)變化，同時，可以減少MDEA及TEG溶液循環(huán)損耗以及降低加熱爐的能耗。 

三、變頻器的節(jié)能

MDEA及TEG溶液的循環(huán)量隨原料氣的變化而相應(yīng)變化，傳統(tǒng)的方法是采用調(diào)節(jié)閥，這種方法不節(jié)約電能，而采用變頻器調(diào)節(jié)泵的排量，不但可以減少溶液循環(huán)的損耗和熱爐的能耗，而且，還可以節(jié)約電能，其節(jié)能分析如下： 
MDEA泵轉(zhuǎn)速與其排量、壓力、功率的關(guān)系式如下：

圖1

圖1中：QN為MDEA和'IEG溶液泵的額定流量，電機額定轉(zhuǎn)速為N；Qb也為實際要求的循環(huán)量，電機轉(zhuǎn)速為Nb。圖1所示陰影面積為采用變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)量后所節(jié)約的泵功率。不難看出，循環(huán)量減少，其節(jié)能是非常顯著的，但要達到最佳節(jié)能效果還取決于：

• 維持系統(tǒng)正常運行的壓力流量和保證一定的揚程；

• 工藝系統(tǒng)變工況狀態(tài)相似；

• 電機運行在Q——η曲線的高效區(qū)。

四、滿足凈化工藝的變頻器控制系統(tǒng)

在長慶氣田第一凈化廠工程中采用變頻器，有以下幾點優(yōu)點：

1、保護發(fā)電機，使凈化廠安全可靠運行

因建廠時，凈化廠發(fā)電機一期工程引進美國瓦特夏燃氣內(nèi)機組，共2×1840KW，兩臺發(fā)電機組分別接在兩段母線上。當一臺發(fā)電機組因故停止供電，凈化廠配電裝置有一段母線負荷不帶電，因一期工程運行三套裝置，該段母線上帶的有可能是兩套裝置的負荷，為了使兩套裝置不因發(fā)電機故障而停產(chǎn)，接在該段母線上的MDEA循環(huán)泵、再生塔回流泵、TEG循環(huán)泵同時自啟勸，這瞬間只有一臺發(fā)電機運行，帶一段母線的正常負荷和另一段母線同時自啟動的負荷。經(jīng)計算，這瞬間發(fā)電機的過負荷電流為2957安培，而凈化廠該瞬間沖擊電流為3722安培，必然會導致發(fā)電機全部甩負荷，進而威逼整個凈化廠停產(chǎn)。而裝有變頻器后，凈化廠沖擊電流降至1768安培，這樣，一期工程，三臺發(fā)電機組可以滿足要求。

因此，裝變頻器的一次投資與損失天然氣的能量或增大發(fā)電機容量的投資相比，是非常經(jīng)濟的。

2、控制、接線系統(tǒng)優(yōu)化

在長慶氣田第一凈化廠工程中設(shè)計選用了美國羅賓康ID-454GT變頻器，該變頻器的特點在于有良好的人機界面，LCD顯示鍵盤可同時在線顯示5種運行的參數(shù)值，詳細、準確反應(yīng)了變頻器工況。其接線和控制系統(tǒng)如下： 

上述控制線有以下設(shè)計特點：

• 加裝接觸器作旁路，提高了供電的可靠性。

• 采用手動、自動啟動兩種方式，可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換、選擇。自啟動采用分批啟動，不僅可以減少全廠電動機的啟動電流，而且還可以避免雙電源時，工藝裝置重新開車。

• 分批自啟動，可采用時間繼電器控制，也可采用PLC控制。由于該工程分三期工程建設(shè)，故采用了時間繼電器的控制方式。

• 運行方式可開環(huán)運行，也可閉環(huán)運行。開環(huán)運行時，采用手動調(diào)節(jié)電位器。 

在該工程設(shè)計中，考慮到該廠規(guī)模很大，又十分重要，現(xiàn)在就采用這種新的控制系統(tǒng)，還沒有實踐經(jīng)驗，而采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，在處理量大的天然氣凈化廠中，自控儀表專業(yè)有較成熟的經(jīng)驗，因此，該廠投運初期，仍保留了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，待運行正常后，掌握了一定的運行經(jīng)驗，再采用變頻器的控制方式。先采用手動調(diào)節(jié)電位器，即開環(huán)運行方式，逐步實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。

3、可降低能耗

三套裝置的MDEA、TEG循環(huán)泵共有3臺75KW，3臺11KW電動機運行，經(jīng)統(tǒng)計計算，一年可節(jié)電68.5萬KW·h（由于投產(chǎn)初期為開環(huán)運行，若為閉環(huán)運行節(jié)電更大），變頻器的一次投資能在3-5年內(nèi)償還，是經(jīng)濟合理的。

五、系統(tǒng)投運存在的問題

該變頻器投運初期，時常顯示欠壓、接地、短路故障，嚴重影響了系統(tǒng)的安全運行。

變頻器報欠壓故障，經(jīng)核實原為所訂變頻器的電源電壓允許偏差為±5%，而該廠投運初期，電源電壓波動較大，難以適應(yīng)。因此，在確定技術(shù)條件時，應(yīng)加以注意。

因防爆要求，電機位于裝置區(qū)，而變頻器則在配電室，二者平均間距150-300米，因此，電機電纜的雜散電容對變頻器的影響較為明顯。由于變頻器出廠時載波頻率設(shè)計為8KHz，所以，變頻器輸出電壓中，含有較豐富的為載波頻率倍數(shù)的高次諧波電壓，由于未加裝輸出濾波器，因此，在長的電纜上易形成附加的高次諧波電流，該電流造成變頻器電流檢測失誤，誤報接地、短路故障。為此，將出廠載波頻率調(diào)到最?。?KHz），解決了變頻器故障報警事故，確保了裝置安全可靠運行。

六、結(jié)論

采用變頻器調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)相比，有如下優(yōu)點：

• 調(diào)節(jié)的品質(zhì)好，平穩(wěn)，精度高（元級調(diào)速）；

• 取消了調(diào)節(jié)閥的截流損失；

• 能耗明顯降低；

• 啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，對電源（發(fā)電機）沖擊小，可降低發(fā)電機容量；

• 電動機運行功率因數(shù)高，可減少補償容量。