外输油泵节能降耗变频器应用

外输油泵节能降耗变频器应用

李文志

辽河油田沈阳采油厂集输大队 辽宁沈阳 110316

摘要：本文详细阐述了变频器调速节电机理 ,确定输油泵的调节方式由节流调节改为变频调节。在实际生产中,由于原油集输系统的不稳定性,外输油流量、粘度、温度、压力经常发生变化,外输油泵应用变频器后，实现了原油安全平稳的输送，降低了能耗，提高了效率。

关键词： 外输油泵；节能降耗；变频器

一、变频器的结构和原理

变频器是利用交流异步电动机同步转速n0随电源频率变化而变化的特性，实现电动机调速运行的装置。

1、变频调速器的基本结构

目前联合站主要应用的是交-直-交变频器。其中包括：

主电路：电动机提供调频调压电源的电力变换部分。

整流器：将工频电源变换为直流电压；

滤波器：抑制电压波动，缓冲和平滑直流电压；

逆变器：将直流电变换为频率可调的三相交流电。

控制电路：为主电路提供控制信号。

驱动电路：驱动主电路器件的电路，与控制电路隔离使主电路器件导通、关断；

运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率；

检测电路：检测主电路的电压、电流等；

保护电路：对主电路和控制电路提供保护功能，检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

2、变频调速原理

电机产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此，转子的转速n1必须低于定子磁场的转速n0,两者之差称为转差：

n=n0-n1

转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率；

S=n/n0

同步转速n0由下式决定：

n0=60f/p。

式中f为电源频率（Hz）；p为定子绕组级对数。由此可得转子的转速n1=60f（1-s）/p

由上式可以看出，频率f与同步转速n0和定子转速n1以及转差率s之间成正比关系，与p成反比关系，所以通过对变频器的电源频率，转差率以及极对数的调节，可以实现对电机转速的调节。

根据离心泵的比例规律，离心泵不同流量Q、扬程H和功率N分别与转速n有以下关系：Q0/Q’=n/n’; H0/H’=(n/n’)2; N/N’=(n/n’)3,调节变频的频率就可以调节离心泵的流量、扬程和功率。

二、变频器调速控制

变频装置以三合一缓冲装置的液位作为参考参数，通过浮球液位显示器将信号由变送器转换成4～20mA的电流信号送入调节器，与设定的液位数值相比较，在固定液位范围内，将差值模拟量送给变频器，随时调整输出频率，控制外输泵的转速，当泵的排量波动范围较大时，便可通过变速调节达到良好的运行效

果，避免节流损耗，而泵的效率变化不大，变速调控基本原理如下：

1、泵入口压力（Ps）：当Ps较小时，降低电机转速；当Ps较大时，提高电机转速。

2、泵出口压力（Pd）：当Pd较大时，降低电机转速；当Pd较小时，提高电机转速。

3、管道流量（q）：当q较大时，降低电机转速；当q较小时，提高电机转速。

这样做可以使泵始终保持在高效区工作。因为靠调节泵出口阀门的开启度实现排量变化，节流损耗大，泵管不匹配，压差较大，管网效率低。

三、安装变频器的可行性分析

根据变频器的节电原理,如果把节流调节改为变速调节,其耗电量可按其与转速成立方的比例降低,节能的效果非常显著。所以，通过变频器来自动调节输油泵的转数,以达到控制流量的目的,不仅可以大大降低岗位工人的劳动强度，减少电能的消耗，而且还可以解决离心泵出口憋压导致出口端的盘根泄漏量较大的问题，达到消除隐患、保证安全生产的目的。根据B联合站目前的生产工艺及输油泵的运行状况,大胆提出在输油泵上安装变频器,实现变频调节，达到降耗节能的目的。

1、工作过程简介

变频调节的工作过程是:变频器根据差压变送器所检测到的净化油缓冲罐的液位信号(标准直流电流信号4-20mB),与变频器的给定信号进行比较,通过两者比较所得差值，自动调节外输油泵的转速,实现了净化油缓冲罐液位的自动控制，保证净化油缓冲罐的液位始终稳定在人为设置的高度。当净化油缓冲罐的液位发生变化时,引起差压变送器所输出信号随之发生相应的变化,输入变频器处理后,调解输油泵电机电源的频率,从而使电动机转速发生变化,当脱后原油来油量比较稳定时,达到相对静止状态,油泵的转速保持恒定;当来油量增大净化油缓冲罐液位较高时，则油泵的转速升高,油泵出口油量变大;反之,则当来油量减少净化油缓冲罐液位较低时,则油泵的转速降低,油泵出口油量变小。使缓冲罐液位始终保持在1.5m左右，从而保证了平稳输油。

2、主要功能

(1)能按n=60f(1-S)/p关系式，平滑无极调速,范围大,精度高;并保持了电动机的固有机械特性,无附加转差损耗，效率高，电动机起动电流小，启动能耗低。

(2)运用电子计算机实施过程控制，具有各种保护措施,运行可靠,连续控制，从而提高了控制精度和工况稳定性。

(3)工频和变频互相锁定, 1"变频状态对应，3"工频状态，3"变频状态对应1"工频状态,有效防止岗位员工误操作,防止事故发生,报镇保证安全生产。

(4)在变频状态下，可以实现手动调节与自动调节的互相切换,方便岗位员工操作,减轻员工劳动强度。

(5)设置紧急停泵按钮,一旦输油泵机组出现异常故障,只需按下此按钮即可立即停泵,保证泵机组的安全。

(6)适用于旧设备的改造,尤其适合于低转速低流量区域运行,较多或启.停频繁的水泵和油泵等。

3、输油能耗分析

在采用变频调速之前，电机使用工频运转，它的转速不变，轴功率也不会随着流量变化而变化，始终处于恒定状态，当采用变频调速后，电机转速随着三合一液位发生变化，轴功率也会发生相应的改变。B站未应用变频调速装置前输油单耗为0.46 kW·h/t，应用变频调速装置后，近三年的输油单耗都有所下降，年均输油量比应用变频调速装置之前多输油25万吨以上，单耗却下降了0.02 kw·h/t，达到了节能的效果。

4、系统安全分析

在过去使用工频时，手动控制外输油泵输油消耗了大量的人力和能量，而且还存在着许多生产上的问题。变频装置投产后杜绝了阀门控制节流的弊端，有效降低了能量的损耗，通过液位监控能够直观的反应三合一液面的高度，实现了自动控制，液位变化范围小，有效地保证了三合一液位的稳定，并且防止了液位监控不及时，天然气管线“灌肠”事故的发生，保证了安全生产。变频调节具有控制及时、稳定的特点，在工艺上促进了整个联合站输油系统压力的稳定性，降低了岗位员工频繁操作的劳动强度。去除了因人为操作不当引起压力波动的不平稳因素。

总之，外输油泵采用变频调速后，可以根据实际情况方便地选择多段速运行，降低了能耗，同时采用变频控制实现电机的软启动减少对电网的冲击。变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能，由于电机启动变为匀加速启动，不会出现电机启动电流过大现象，防止了瞬时高压给机泵造成损耗事故的发生，为生产带来了方便。

参考文献

[1]尚立光,王宁,程红伟,李晓娜,李红. 输油泵变频节能效果分析[J]. 电子设计工程,2011,19(05):60-62.

[2]鄢仁生. 输油泵变频节能技术分析与运用[J]. 化工管理,2014(35):213.