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變頻器在天然氣凈化中的應用
變頻器在天然氣凈化中的應用
在石化工程中，油氣集輸、凈化等系統中使用的油泵、溶液泵經常處于變工況運行，采用強制調節閥方式，會產生節流能源損失，易使泵形成旋渦沖擊，產生激烈振動的噪聲，降低泵的運行壽命和造成環境污染。目前，較*的方法是改變泵的轉速，進而實現一定壓力下流量的調節，滿足工藝要求。采用了變頻器后，電動機啟動轉矩大，啟動電流可降至額定電流的1.5~2倍，保護了發電機和降低了發電容量，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產生新的化合物，并且該物質加熱后，分解還原為MDEA溶液和硫化氫氣體，MDEA溶液可循環使用，分離產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溶液又進入再循環使用。
隨著外輸氣量的變化以及時間、季節的影響，原料氣的氣量隨之發生變化，要求MDEA及TEG溶液的循環量也相應變化，同時，可以減少MDEA及TEG溶液循環損耗以及降低加熱爐的能耗。
三、變頻器的節能
MDEA及TEG溶液的循環量隨原料氣的變化而相應變化，傳統的方法是采用調節閥，這種方法不節約電能，而采用變頻器調節泵的排量，不但可以減少溶液循環的損耗和熱爐的能耗，而且，還可以節約電能，其節能分析如下：
MDEA泵轉速與其排量、壓力、功率的關系式如下：
圖1
圖1中：QN為MDEA和'IEG溶液泵的額定流量，電機額定轉速為N；Qb也為實際要求的循環量，電機轉速為Nb。圖1所示陰影面積為采用變頻器調節循環量后所節約的泵功率。不難看出，循環量減少，其節能是非常顯著的，但要達到最佳節能效果還取決于：
維持系統正常運行的壓力流量和保證一定的揚程；
工藝系統變工況狀態相似；
電機運行在Q——η曲線的高效區。
四、滿足凈化工藝的變頻器控制系統
在長慶氣田第一凈化廠工程中采用變頻器，有以下幾點優點：
1、保護發電機，使凈化廠安全可靠運行
因建廠時，凈化廠發電機一期工程引進美國瓦特夏燃氣內機組，共2×1840KW，兩臺發電機組分別接在兩段母線上。當一臺發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電機故障而停產，接在該段母線上的MDEA循環泵、再生塔回流泵、TEG循環泵同時自啟勸，這瞬間只有一臺發電機運行，帶一段母線的正常負荷和另一段母線同時自啟動的負荷。經計算，這瞬間發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，必然會導致發電機全部甩負荷，進而威逼整個凈化廠停產。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電機容量的投資相比，是非常經濟的。
2、控制、接線系統優化
在長慶氣田第一凈化廠工程中設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種運行的參數值，詳細、準確反應了變頻器工況。其接線和控制系統如下：
上述控制線有以下設計特點：
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，可通過轉換開關來切換、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，故采用了時間繼電器的控制方式。
運行方式可開環運行，也可閉環運行。開環運行時，采用手動調節電位器。
在該工程設計中，考慮到該廠規模很大，又十分重要，現在就采用這種新的控制系統，還沒有實踐經驗，而采用調節閥調節，在處理量大的天然氣凈化廠中，自控儀表專業有較成熟的經驗，因此，該廠投運初期，仍保留了傳統的調節閥，待運行正常后，掌握了一定的運行經驗，再采用變頻器的控制方式。先采用手動調節電位器，即開環運行方式，逐步實現閉環自動控制。
3、可降低能耗
三套裝置的MDEA、TEG循環泵共有3臺75KW，3臺11KW電動機運行，經統計計算，一年可節電68.5萬KW·h（由于投產初期為開環運行，若為閉環運行節電更大），變頻器的一次投資能在3-5年內償還，是經濟合理的。
五、系統投運存在的問題
該變頻器投運初期，時常顯示欠壓、接地、短路故障，嚴重影響了系統的安全運行。
變頻器報欠壓故障，經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。因此，在確定技術條件時，應加以注意。
因防爆要求，電機位于裝置區，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，將出廠載波頻率調到最小（1KHz），解決了變頻器故障報警事故，確保了裝置安全可靠運行。
六、結論
采用變頻器調節與調節閥調節相比，有如下優點：
調節的品質好，平穩，精度高（元級調速）；
取消了調節閥的截流損失；
能耗明顯降低；
啟動轉矩大，啟動電流小，對電源（發電機）沖擊小，可降低發電機容量；
電動機運行功率因數高，可減少補償容量。