一、概述
　　變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能“四新”（新工藝﹑新技術(shù)﹑新設(shè)備﹑新材料）技術(shù)。石化生產(chǎn)企業(yè)特別是煉油裝置上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)非常普遍，在常減壓、催化﹑加氫裂化﹑氣分烷基化﹑重整加氫﹑延遲焦化﹑油品﹑供水等許多套裝置的機(jī)泵上安裝變頻器后，經(jīng)濟(jì)效益極好，其主要表現(xiàn)為節(jié)電率較高，平均一年左右即可收回投資；同時(shí)，還有改善生產(chǎn)工藝﹑有利產(chǎn)品質(zhì)量﹑降低機(jī)泵故障率及維修費(fèi)用﹑減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度等綜合效益。
　　鑒于煉油廠現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵種類繁多，工藝流程不盡相同，因此，合理選擇使用變頻器的工位及控制目標(biāo)量，有針對(duì)性地設(shè)置變頻器運(yùn)行參數(shù)，這直接影響到變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行及節(jié)能效益的大小。本文主要針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行闡述。
二、機(jī)泵變頻調(diào)速構(gòu)成原理 離心式油（水）泵及風(fēng)機(jī)

　　這類負(fù)載主要包括裝置中的離心式油（水）泵﹑加熱爐通風(fēng)機(jī)﹑空冷風(fēng)機(jī)等，與裝置的儀表系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制，如圖1。
　　裝置中介質(zhì)的流量﹑液面﹑溫度﹑壓力等工藝參數(shù)由變送器檢測(cè)送至調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID控制運(yùn)算，以DC4-20mA電信號(hào)送至變頻器，調(diào)節(jié)機(jī)泵轉(zhuǎn)速，從而控制工藝參數(shù)。若原系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥為風(fēng)關(guān)閥，則需增加信號(hào)倒相器，將DC4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镈C20-4mA信號(hào)。

• 容積式機(jī)泵變頻調(diào)速構(gòu)成原理

　　這類負(fù)載包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)和往復(fù)式氣壓機(jī)，原先是利用機(jī)泵出口氣體的旁路控制閥組實(shí)現(xiàn)氣體入口系統(tǒng)壓力的自控。采用變頻調(diào)速控制后，關(guān)閉氣體出口旁路閥組，直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)氣體負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體輸送量，控制緩沖罐在一定安全壓力范圍，從而使氣體入口系統(tǒng)壓力參數(shù)恒定，如圖2。
其他生產(chǎn)機(jī)械變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
　　石化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)還有一些裝置，如焦化裝置橋式吊車等生產(chǎn)機(jī)械上也使用了許多變頻器，主要是為了改善工藝﹑提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)大幅降低設(shè)備故障損壞率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低檢修費(fèi)用，有利于裝置的安全穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行。
三、變頻調(diào)速應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的選擇和控制
　　總的來(lái)說(shuō)，煉油廠裝置中使用變頻器最多的負(fù)載是離心式油（水）泵及風(fēng)機(jī)，但即使是同樣性質(zhì)的負(fù)載使用變頻器后節(jié)電效果有較大差異，例如受泵的出口控制回路數(shù)量影響；同樣的控制回路數(shù)量，因其工況及控制方式不同，加工負(fù)荷不同而產(chǎn)生不同的效果。現(xiàn)詳細(xì)分析如下：
離心泵 單回路閉環(huán)自動(dòng)控制

　　 單回路閉環(huán)自動(dòng)控制變頻運(yùn)行節(jié)電率高，其原因是：變頻運(yùn)行時(shí)，介質(zhì)走控制閥組的副線閥，且副線閥可全開(kāi)，泵出口閥全開(kāi)。而以往不使用變頻器時(shí)，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制閥（控制閥相對(duì)副線閥縮徑一個(gè)檔次），其控制閥開(kāi)啟又不大，阻力降損失大。如某廠加氫裂化裝置的航煤自控閥組（如圖3），航煤泵P308/B工頻運(yùn)行時(shí)，控制閥開(kāi)度約30%-50%，泵出口閥及出口管線為DN150，副線閥為DN100，控制閥為DN80。由此可見(jiàn)，該泵變頻運(yùn)行避免了工頻運(yùn)行時(shí)的節(jié)流壓頭損失，泵出口運(yùn)行壓力下降約38%-69%，電機(jī)實(shí)際電流下降約35%-68%，頻率（轉(zhuǎn)速）也大幅下降（低至15.7-35Hz），節(jié)電率達(dá)42%-76%。
　　出口單回路閉環(huán)自動(dòng)控制的離心泵，一般來(lái)說(shuō)，在裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下仍有節(jié)電效果，原因是：工頻運(yùn)行時(shí)，介質(zhì)走控制閥縮徑節(jié)流路線，變頻運(yùn)行時(shí)介質(zhì)走公稱直徑高一個(gè)檔次的副線閥（全開(kāi)）的路線，減少了壓頭損失。實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)算，在一些裝置的加工量達(dá)到或接近設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，上述泵變頻運(yùn)行節(jié)電率還有33%-55%。
　　單回路閉環(huán)控制離心泵變頻運(yùn)行一般來(lái)說(shuō)節(jié)電效果好，但也有個(gè)別因工況差異，節(jié)電率有所下降：一是控制閥后管路系統(tǒng)工藝要求的操作壓力較大，而離心泵工頻與變頻運(yùn)行的泵出口壓力差不太大，則節(jié)電率有所降低。其次是變頻泵打出來(lái)的介質(zhì)不流經(jīng)控制閥組的副線閥，而仍走控制閥路線，則節(jié)電率低。這些在生產(chǎn)中值得注意。
泵出口多回路閉環(huán)控制
　　這里主要是打回流流控與出裝置液控二種組合成多回路的離心泵。按四種情況分述如下：
介質(zhì)打回流的流量遠(yuǎn)大于出裝置流量，控制閥組后二管路系統(tǒng)靜壓頭相當(dāng)，并且比較小，此狀況采用回流量作變頻調(diào)速控制參數(shù)，相當(dāng)于泵出口單回路控制工況，泵出口閥和副線閥可全開(kāi)，變頻較工頻運(yùn)行，泵出口壓力降低幅度大，運(yùn)行電流小，節(jié)電率高。 介質(zhì)打回流的流量雖然大于液控出裝置流量，但液控出裝置回路壓力降大，而回流回路壓力降小，采用出裝置液控參數(shù)指揮變頻裝置，也能得到很好的節(jié)電效果。 泵出口是多回路閉環(huán)自動(dòng)控制，但各并列回路的介質(zhì)流量均衡相等，管路系統(tǒng)的工藝操作壓力均等且較小。這時(shí)可取任一回路的反饋量控制變頻器，均衡控制各回路流量。 介質(zhì)打回流的流量小于液控出裝置流量，管路壓力降相比也較小，但為了保證工藝參數(shù)要求，只好采用回流量作為變頻器控制目標(biāo)量，由于打回流回路仍存在一定程度的人為節(jié)流（控制閥組的副線閥開(kāi)度不大），壓力差小，因此電機(jī)運(yùn)行頻率下降的不多，這種情況節(jié)電率偏低。 通風(fēng)機(jī)和空冷風(fēng)機(jī) 　　風(fēng)機(jī)類負(fù)載基本上沒(méi)有多回路控制的問(wèn)題。通風(fēng)機(jī)使用變頻后入口蝶閥處于全開(kāi)，根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)出口風(fēng)壓（或風(fēng)流量）；空冷風(fēng)機(jī)的輸出可隨著油氣冷卻負(fù)荷的變化（油氣流量及溫度高低）﹑氣溫的變化而隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。這兩種負(fù)載都具有較好的節(jié)能效果。
四、變頻裝置現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置的注意問(wèn)題
　　通用型變頻器在煉油廠一般負(fù)載上使用，其電氣參數(shù)的設(shè)置較為簡(jiǎn)單，一般技術(shù)人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后都能掌握。但在掌握一般性原則后還要注意負(fù)載的特殊性，據(jù)我們觀察，現(xiàn)場(chǎng)中許多變頻器的參數(shù)僅屬于“能夠運(yùn)行”，而并非是最佳，未經(jīng)優(yōu)化的參數(shù)甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)的效率下降，以下是幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題：
合理的加/減速時(shí)間
　　所謂“合理”，是針對(duì)一些錯(cuò)誤的觀念而言。我們知道，根據(jù)所驅(qū)動(dòng)負(fù)載性質(zhì)的不同，主要是負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，變頻器在啟動(dòng)和停止電機(jī)時(shí)所需時(shí)間不同，過(guò)短的加減速時(shí)間會(huì)導(dǎo)致變頻器在加速過(guò)程中過(guò)電流、在減速過(guò)程中過(guò)電壓保護(hù)。
　　但這樣一來(lái)就很容易產(chǎn)生一個(gè)誤區(qū)：只要變頻器不跳閘保護(hù)，加減速時(shí)間越長(zhǎng)越好。這種觀點(diǎn)在許多技術(shù)人員的概念中普遍存在，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)變頻器無(wú)論驅(qū)動(dòng)什么負(fù)載，加減速時(shí)間都在兩分鐘以上甚至更長(zhǎng)。這種觀念的問(wèn)題在于僅僅片面地考慮了變頻器單機(jī)的運(yùn)行，而忽略了整個(gè)系統(tǒng)的控制性能和效率。無(wú)論是改造還是新建項(xiàng)目，裝置中的變頻器頻率控制命令（DC4-20mA）一般由儀表系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)給定，在沒(méi)有使用變頻器之前，這個(gè)信號(hào)是用來(lái)控制閥門開(kāi)度的，由于閥門跟隨信號(hào)變化的動(dòng)作很快，因此，為防止閉環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，儀表或DCS中PI調(diào)節(jié)器的比例增益P參數(shù)通常設(shè)置的較小，而積分時(shí)間I參數(shù)則相對(duì)較長(zhǎng)。這時(shí)如果加減速時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么變頻器輸出長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到給定命令值，再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，這就使得整個(gè)系統(tǒng)跟隨性差，調(diào)節(jié)緩慢，同時(shí)，對(duì)外部擾動(dòng)的控能力變差，容易處于小幅不穩(wěn)定狀態(tài)中，控制效率較低，在負(fù)荷經(jīng)常變化的工位尤其突出。這種情況在實(shí)際生產(chǎn)中因設(shè)備外表正常而很容易被忽略。正確的做法是：區(qū)分泵和風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)允許的情況下測(cè)試負(fù)載允許的盡可能短的加減速時(shí)間并加以設(shè)定。
關(guān)于自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行
　　所謂自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行，是指對(duì)于輕負(fù)載開(kāi)環(huán)恒速運(yùn)行，即輸出頻率一定的情況下，變頻器可自動(dòng)降低V/F曲線 ，即輸出電壓自動(dòng)降低，以減少電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和電動(dòng)機(jī)損耗，使電機(jī)在電壓和電流的乘積（功率）為最小的節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行。目前有很多品牌的通用變頻器都具有這種功能。例如，日本富士電機(jī)公司FRN-P9S系列變頻器在出廠時(shí)即將此參數(shù)設(shè)定為“有效”。
　　但需要指出的是，此功能僅適用于離心式泵和風(fēng)機(jī)等平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載；而對(duì)于往復(fù)式柱塞泵和空氣壓縮機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，或者是負(fù)載經(jīng)常快速變化的場(chǎng)合，使用此功能會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題。由于輸出電壓降低，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，電機(jī)電流大幅上升，致使變頻器的電子熱繼電器動(dòng)作；在負(fù)荷快速變化后，由于此功能跟隨性差，所降低的電壓并不能馬上增補(bǔ)回來(lái)，往往使變頻器在加速過(guò)程中提供不了足夠的力矩，造成電流急劇上升，使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算值超過(guò)設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值，此時(shí)變頻器將自動(dòng)降低輸出頻率，使加速過(guò)程不能實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致變頻器保護(hù)或整個(gè)控制系統(tǒng)延遲響應(yīng)。因此，在使用此功能前一定要仔細(xì)區(qū)分負(fù)載的類型，做到分別對(duì)待。
變頻器載波頻率調(diào)整
　　目前的低電壓通用型變頻器的逆變回路大多采用IGBT元件構(gòu)成，IGBT元件具有開(kāi)關(guān)速度快﹑損耗小﹑觸發(fā)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。用于變頻器上的IGBT元件，其載波頻率一般設(shè)定在0.75-15KHz之間，通常這個(gè)數(shù)值是可調(diào)的。設(shè)定值小時(shí)，輸出電流波形變差（高次諧波分量增加），電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減少，損耗增加，溫度增高；設(shè)定值大時(shí)，變頻器自身?yè)p耗增加，溫度上升，同時(shí)變頻器輸出電壓的變化率dv/dt增大。