本站原创摘 要：本文简单阐述了变频调速原理及特点,并通过变频调速技术在各种离心式风机、油泵、水泵及气体压缩机等石油生产设备上的应用介绍,阐明利用变频调速器来调整石油生产与炼制中的工艺参数,在满足生产需要的同时,还可以降耗、节电、保质、增产及减少有害气体排量,提高企业生产效益和社会经济效益.
关 键 词：风机泵类变频调速技术石油行业
变频调速技术是利用电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,通过在交流异步电动机和电源之间安装的变频装置,改变电动机工作电源频率,使旋转磁场转速及转子转速随着电流频率的改变而改变,进而改变电动机转速,使其适应生产机械运行的变化.
变频调速能进行软起动和无级调速,比其他调速方式更具调速范围宽、精度高、动态响应速度快、具有对电网及传动系统无冲击、匹配生产过程自动控制等优势,是目前负荷变化大、较长时间低速运行的离心式风机、油泵、水泵及气体压缩机等石油生产设备的最先进、最理想的调速方式.
另外,通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n,H∝n2,P∝n3；即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比.由此可以看出降低转速可以起到明显的节能效果.这也是变频器得以广泛使用的另一原因.
在工业生产中风机设备需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况.而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象.这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了.
泵类设备则是根据生产需求往往采用调节阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制.同样这些节流设备不仅造成大量的能源浪费,管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀,严重时损坏设备,影响生产和危及产品质量.从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备检维修费用高居不下.
近年来,出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求,加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高,并可以实现高功能化等特点,因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案.
1.石油开采设备中的变频调速技术应用
利用变频调速方式来控制原油开采生产工艺中通过各种风机、泵类完成的流量,可以节电降耗,提高产量和质量.
1.1石油钻机上的变频调速
目前较为先进的交流变频石油钻机,利用灵敏电流传感器取样及IGBT功率模块管结压降保护措施,能在极短时间内封锁输出,缓解钻机遇到岩石等硬质层时电流急剧上升引发的卡机状况,并通过软起动,减小电流冲击及电磁应力和机械应力,有效地保护钻机设备,延长钻机使用寿命.
1.2潜油离心泵上的变频调速
采用变频调速技术的潜油离心泵,能通过其达到的30～90hz频率变化范围进行系统试井,并通过低速软起动和逐步加速,使电泵机组与油井产能近于最佳匹配状态,更加适应油井供液情况,还能自动调整电泵排量,减少“起动泵”次数,延长潜油泵机组寿命.
1.3油田注水泵站的变频调速技术应用
由于我国多数油田的天然能量不足,尤其是陆相沉积的油层多,岩性变化大的油田,需要以水驱油的方法采油.将处理合格的水,经高压注水泵升压,达到注水井所需的注入压力后,通过输出水管,向油层分层注水,及时补充油层能量,以保持油层压力,提高采油速度及原油采收率,并使油田产量与气油比保持稳定.
在注水泵出口干线上安装压变传感器检测压力变化,设置恒压控制模式,闭环控制掺水泵转速,可以实时掌握、调整输水流量及泵压输水管线压力,实现定压掺水,保持油井掺水系统稳定运行,使之近于“恒压力”或“恒流量”供水,达到稳定注水压力、节约掺水量、降低设备机械损耗和电能消耗的目的.
2.炼油厂装置中的变频调速技术应用
较多使用在炼油厂装置中的离心式油（水）泵、加热炉通风机﹑空冷风机等负载,通过安装变频器,不仅能匹配装置上的仪表系统实现闭环自动控制,还能方便、灵敏、快速调节电机转速,以改善工艺工况来节能降耗,提高生产效率和产品质量.
2.1离心泵上的变频调速
离心泵调速节电效益较明显,但因各种泵出口回路数量、工况与控制、加工负荷不同,节电效果也不同.如单回路闭环自动控制和多回路闭环自动控制的节电效益就存在很大差异.
2.1.1单回路闭环自动控制
通过安装变频器,实现了单回路闭环自动控制变频调速,其在变频运行时,介质走控制阀组的副线阀,副线阀和泵出口阀可全开,对以往使用控制阀调节工艺参数时,其控制阀开起不大,阻力降损大有了极大的改进.即降低了泵出口运行压力,避免了变频运行时的节流压头损失,又降低了电动机实际电流,也使频率（转速）大幅下降,节省了大量电能.
2.1.2泵出口多回路闭环控制
在介质打回流的流量远大于装置出口流量的状态下,采用回流量作变频调速控制参数,在泵出口阀和副线阀可全开,变频运行后,泵出口压力降幅较大,电流降幅也大,节电率较高；在介质打回流量大于液控出装置流量,但液控出装置回路压力降大,而回流回路压力降小时,采用出装置液控参数指挥变频调速,也能得到较好的节电效果；在泵出口是多回路闭环自动控制,各回路介质流量却均衡相等,管路系统工艺操作压力也均等且较小时,通过取任一闭环回路控制反馈量控制变频器,均衡控制各回路流量,也能提高节电率；在介质打回流流量小于液控出装置流量时,只能采用流量作变频调速控制参数,其节电率偏低.
2.2通风机和空冷风机上的变频调速
此类负载基本上没有多回路控制问题,具有较好的节能效果.通风机使用变频后入口蝶阀处于全开,根据工艺需要调节出口风压或风流量较为容易；空冷风机的输出可随油气冷却负荷及气温变化实现自动调节.
3.结束语
利用变频调速技术具有的节能、省力、易于构成自控系统的优势来改造石油行业原有的高能耗、低产出设备,使企业通过提高自动化管理水平,节能、降耗、挖潜、增效,获取更多的经济利益,更有利于石油行业的可持续发展.