文章编号：131206

山东寿光鲁清石化有限公司 张兴灿 王小光山东新风光电子科技发展有限公司  徐西甲  田利瑞

摘要：本文介绍了高压变频器在山东寿光鲁清石化有限公司焦化辐射进料泵上的应用情况，改造后应用证明，使用变频调速技术对石化行业风机、泵类进行改造节电效果显著。

高压变频器在焦化辐射进料泵中的应用The Applications of High Voltage Inverters in Coking Radiation Feeding Pumps

1 引言山东寿光鲁清石化有限公司位于寿光市渤海

工业园，占地面积5000亩，现有职工1500人，为

寿光市特大型企业，潍坊市百强工业企业和潍坊

市百强民营企业。 主要生产加工销售：船舶燃料

油、石脑油、MTBE、液化石油气、丙烷、丙烯、

沥青等化工产品。

鲁清石化公司新建100万吨延迟焦化项目，

延迟焦化是一种石油二次加工技术，是指以贫氢

的重质油为原料，在高温（约500℃）进行深度的

热裂化和缩合反应，生产富气、粗汽油、柴油、

蜡油和焦炭的技术。它是目前世界渣油深度加工

的主要方法之一，处理能力占渣油处理能力的三

分之一。用户现场如图1所示。

现场焦化装置配置两台辐射进料泵，一用一

备，平均一年运行8000h单台4000h。正常生产

需要根据焦化炉内的压力和流量进行频繁的调节

其原料进料流量。由于调节阀前后具有很大的压

力差，通过调节阀调节进焦化炉辐射段的进料流

量，大量能量就消耗在调节阀节流上，操纵不稳

定，调节阀冲洗十分严重，造成维修费用居高不

下，为减少电能浪费，降低生产成本，用户决定

图1 用户现场 图3 设备现场图

【相关链接】http://www.chuandong.

com/tech/detail.

aspx?id=25298

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高压变频器

使用变频进行调节，还有辐射进料泵

承担着向加热炉辐射段输送热渣油的

重任，因此该泵出现任何异常，装置

都有可能停工。因此必须选用可靠性

高的变频装置对设备进行改造。经过

多方考察，比较性价比，决定选用山

东新风光电子科技发展有限公司生产

的JD-BP38-560F高压变频器2套对

焦化辐射进料泵进行改造，改造取得

了成功。

2 焦化辐射进料泵原系统现状

辐射进料泵（P8102AB）给焦

化炉供应原料，辐射进料泵流程如图

2所示，设备现场如图3所示。辐射进

料泵（P8102ＡＢ）拖动电机功率为

450kW，额定电流为 31.7A，具体参

数如表1、表2所示。

由于生产原料的限制，该装置实

际处理量低于设计处理量，按设计处

理量的1.5倍选配辐射泵，使该泵的

实际流量比其最低设计流量还小。在

低流量下运行时，泵内液体的流动状

况将发生改变，泵的运行工况劣化，

致使轴承和机械密封寿命急剧降低，

噪声加剧，故障率升高。正常操作时

泵的出口压力为4.8MPa，加热炉前

（调节阀后）压力为1.3 MPa，即可

满足系统要求。可见，有大量的能量

消耗在调节阀上，况且有时只有一台

炉子进行生产，进行变频改造，节约

能源势在必行。

3 风光JD-BP38-560F高压变频器系统

改造选用风光JD-BP38-560F

高压变频器2台、配置手动旁路柜。2

台两台辐射进料泵分别配置1台高压

变频器，采用“一拖一”变频控制。

3.1 风光JD-BP38-560F变频器

参数风光JD-BP38-560F变频器参

数如表3所示。

3.2 风光JD-BP38系列高压变频

器技术特点风光牌JD-BP38系列高压变频

器以高速DSP为控制核心，采用无速

度矢量控制技术、功率单元串联多电

平技术，属高-高电压源型变频器，

其谐波指标远小于IEE519-1992的

谐波国家标准，输入功率因数高，输

出波形质量好，不必采用输入谐波滤

波器、功率因数补偿装置和输出滤波

器；不存在谐波引起的电机附加发热

和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共

模电压等问题，可以使用普通的异步

电机。风光高压变频器被评为中国名

牌产品。具体来说，风光高压变频器

除具有一般普通变频器的性能外，还

具有以下突出特点：

（1）采用高速DSP作为中央处

理器，运算速度更快，控制更精准。

（2）飞车启动功能。能够识别

电机的速度并在电机不停转的情况下

直接起动。

（3）完整的工频/变频自动互切

技术。现在的高压变频调速系统一般

设置工频旁路切换柜，变频器发生故

障时能使高压电机转至工频运行，旁

路切换有手动旁路和自动旁路切换两

种型式，手动旁路需人工操作，适应

于无备用装置或不重要的运行工况，

自动旁路可在变频器发生故障后直接

自动转换至工频运行。新风光公司提

供的自动旁路切换柜，不仅可实现变

指 标处理量（t/h）

运行电流（A）

运行频率（Hz）

功率因数

功率（kW）

入口压力（ＭＰａ）

出口压力（ＭＰａ）

改造前 148 32 50 0.81 445.3 0.6 4.8

改造后 148 15.8 37.1 0.96 262.8 0.6 2.6

表4 P8102A泵改造前后运行数据统计

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频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，

还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变

频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的

运行造成任何影响。

（4）旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬

时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复

后变频自动运行到掉电前的频率。

（5）线电压自动均衡技术（星点漂移技

术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压

平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降

至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术

通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大

且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。

（6）单元直流电压检测：实时显示检测系统

的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降

低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控

制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单

元运行状况的全面把握。

（7）单元内电解电容因采取了公司专利技

术，可以将其使用寿命提高1倍。

（8） 散热结构设计合理，单元串联多重化

并联结构，IGBT承受的电压较低，可以有较宽的

过压范围（≥1.15Ue），设备可靠性更高。

（9） 具备突发相间短路保护功能。如果由

于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果

变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大

事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变

频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发

生。

（10） 限流功能：当变频器输出电流超过设

定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器

在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流

保护，最大限度减少停机次数。

（11） 故障自复位功能：当变频器由于负载

突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复

位，继续运行。

4 焦化辐射进料泵变频控制方式项目实施过程中技术人员以满足装置加工量

和焦化炉平稳运行为根本，积极与工艺、设备人

员进行技术沟通，制定控制方案，做好DCS系统

组态程序，并考虑到两台焦化炉并列运行，制定

如下控制方案：

（1）对两台辐射进料泵（P8102AB）进行

改造，采用一拖一手动控制。

（2）通过变频器控制柜上的“远程/本地”

切换开关实现就地启动和远程启动，改造前后操

作方式基本不变，只增加了就地启动功能，为保

证装置生产的连续性，当变频器出现故障时，可

以切换到工频运行，仍利用原来的调节阀进行调

节。

（3）从DCS组态程序中增加一套手动操作

程序，DCS输出两个4～20mA的直流信号控制变

频器的输出频率，从而分别调节P8102AB的两个

电机转速，控制泵出口压力，利用原调节阀来平

衡进炉料的流量。

5 变频改造主回路为防止变频器检修或故障对生产的影响，本

图2 辐射进料泵流程图

图4 辐射进料泵流程图

表1 电动机参数

表2 水泵参数P8102A/B

型号 YB245072WF1 额定电压 10000V 功率因素 0.86

额定功率 450kW 额定电流 31.7A 额定转速 2978r/min

型号 TDF280-110X4 额定电压 10000V 扬程 380m

转速 2980r/min 额定流量 321.5m3/h 最大工作压力 4.9Mpa

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高压变频器

次采用的JD-BP38-560F型高压变频器采用“一

拖一”控制方式，配置手动工频旁路，主回路接

线如图4所示。

手动旁路中，共有3个高压隔离开关K1、

K2、K3，当K1、K2闭合，K3断开时，10kV电源

经隔离刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经

K2送至电动机，电动机变频运行；一旦变频装置

出现故障，可断开隔离刀闸K1、K2，合上K3，

在工频电源下启动电机运行，此时变频器从高压

中隔离出来，便于检修、维护和调试。隔离刀闸

K1、K2、K3之间具有闭锁和防止误操作功能。

高压变频器和上级进线开关柜设置连锁，

当上级进线开关柜断路器处于合闸位置时，绝不

允许操作变频器旁路高压隔离开关，以防出现拉

弧现象，确保操作的安全性，当出现严重的故障

时，及时跳开上级开关柜断路器保护高压变频器

和电机。

利用原有DCS控制系统的预留点，将高压变

频器有关信号接入原有DCS控制系统，实现了远

方/就地控制功能。当高压变频器出现故障时，将

故障信息发送给DCS，以便于及时排除故障。

6 焦化辐射泵变频改造运行情况6.1 节能情况

改造完成后，高压变频器于2013年6月20日

一次投入使用，至今运行正常。焦化装置运行稳

定的情况下，加工量为148t/h，原料配比和性质

稳定，使泵输送介质的工况相对稳定，泵的运行

情况良好，能够满足生产工艺要求。为检验改造

效果，以P8102A泵为例，对该泵改造前后运行数

据进行统计，如表4所示。节电效果十分明显。操

作压力明显降低。

表3 风光JD-BP38-560F高压变频器参数

改造后，进料泵电机的电流由32A下降到

15.8A，功率因数0.81提高到0.96，每小时节约功

率为182.5kW，每年按4000h，每kWh按0.5元计

算，则年节电为：

节电量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW

h=365000元，两台泵一年可节省电费730000

元。

6.2 其他收益未改造之前纯粹靠调节阀调节进炉原料流

量，调节阀开度在25%～40%之间造成大量的

能量浪费，改造后，调节阀基本全开，系统压力

由4.8Mpa下降到2.6Mpa左右，大大减少了介质

度设备的冲蚀，延长了系统设备的使用寿命，初

步估算，由于冲蚀磨损的减少，加热炉进料调节

阀、前后手阀等有关阀门的使用寿命大大增加，

仅此一项，年可节约设备更换费用约23万元。此

外，降低了因磨损造成的阀门关闭不严、管线弯

头等出现漏点给生产带来的不利影响，以及不安

全因素。为装置长期安全生产提供了有力保证，

安全效益巨大。

7 结束语在石化行业焦化辐射进料泵上应用变频调

速技术，不仅解决了生产工艺中存在的问题，而

且降低了生产成本，提高了设备运行安全性，

取得了良好的经济效益和社会效益。随着我国

“十二五”对节能减排工作的日益重视，变频器

用于石化行业的风机、泵类等设备节电效果显

著，而且性能稳定、可靠性高，具有重要的推广

意义。

变频器容量（kVA） 700 模拟量输入 0～5V/4～20mA，任意设定

适配电机功率（kW） 560 模拟量输出 两路0～5V/4～20mA可选

额定输出电流（A） 41 加减速时间（s） 0.1～32000

输入频率（Hz） 45～55 控制开关量输入输出 可按用户要求扩展

额定输入电压（V） 10000V（－20%～+15%） 运行环境温度 0～40℃

输入功率因数 0.95（>20%负载） 贮存/运输温度 -40～70℃

变频器效率 额定负载下>0.96 冷却方式 强迫风冷

输出频率范围（Hz） 0～120 环境湿度 <90%，无凝结

输出变频分辨率（Hz） 0.01 安装海拔高度 <1000m

过载能力 105%连续，150%允许1min 防护等级 IP20

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高压变频器