浅谈变频调速技术在输油泵机组中的节能效果

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摘　要：输油泵是输油站生产运行中最主要的能耗设备，由于输油量变化范围较大，在实际运行中需要根据实际工况控制输油泵出口阀门的开度来调节流量，以满足生产工艺需要，这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的压差，大量的能量消耗在泵出口阀前后，造成能源的浪费。油房庄站外输泵机组应用了变频调速技术，实现了通过改变输油泵的转速，进行工况调节，消除压差而产生的节流损失，降低输油能耗，节省了成本，改善了输油工艺，保障了生产。

关键词：变频调速技术 变频器 节能 输油泵

一、前言

1.变频调速技术应用现状

变频调速技术是集现代电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。90年代以来，随着大功率技术的发展，大规模集成电路和计算机技术的突飞猛进，交流电机的变频调速技术已日趋完善，在各行各业得到了广泛的应用。尤其在石油行业水、油泵控制系统上的应用，得到了用户对其节能效果的一致认可。

2.变频调速技术原理

按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：

n=(1-s)60f/p= n0×（1-s）

（P：电机极对数；f：电机运行频率；s：转差率）

从式中看出，电机的同步转速n0 (n0=60f/p)正比于电机的运行频率，由于转差率s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的转差率s和负载有关，负载越大则转差率增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。

3.输油泵机组变频调速节能技术原理

根据离心泵的特性，其工况调节主要是调节流量，而离心泵调节流量最常用的两种方法是通过调节泵出口阀的开度和通过改变离心泵的转速进行调节，前者虽然调节方便，但能源浪费严重；通过改变输油泵电机转速，来实现输油泵的工况调节，是满足工艺条件下运行的可行的技术途径。

由离心泵特性可知,在管路特性曲线不变的情况下,改变离心泵转速后,其性能参数的改变由以下式决定。

Q1/ Q = n1?/ n （3-1）

H1/ H = (n1?/ n)2 （3-2）

P1 / P = (n1?/ n)3 （3-3）

式中，Q、H、P 为离心泵转速为n 时的流量、扬程、功率； Q1 、H1 、P1 为离心泵转速改变为n1 时的流量、扬程、功率。

由上式可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，扬程下降1/4，功率下降1/8，即功率与转速成3次方的关系下降，如果不是用关小阀门的方法，而是把电动机转速降下来，那么，随着泵的输出压头压力的降低，在输送同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可完全避免，这就是调速节能原理所在。简单地说，也就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠调节出口阀控制调节，电动机易过负荷。当流量小时，靠关小阀门调节，增加了压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。安装变频调速器后，可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低，电动机的电耗也降低，使原来消耗在泵出口阀上的泵管压差得到了解决。

图为采用阀门控制流量和采用调速控制流量时的流量（Q）—扬程（H）曲线。图中， R1、R2为管路特性曲线，α1、αx为H - Q( n )特性曲线，A为额定工况点，B采用阀门控制时流量为Q2的运行点；C为采用变频调频时流量为Q2的运行点。

由图可知，在流量为Q2的情况下：采用阀门调节时消耗的功率为BH2OQ2的面积；采用变频调速时消耗的功率为CH3OQ2的面积。即节约功率：P为BH2H3C的面积。

二、油房庄站采用变频调速技术节能经济比较

1.变频调速技术在油房庄站的应用情况

油房庄站主要负责接收采油三厂油房庄作业区，采油六厂杨井、安边作业区以及靖安首站的来油，并负责将其外输至惠安堡末站。全站配备有3台输油泵机组，2台变频器（一台高压变频器、一台低压变频器，高压变频器采用一拖二，低压变频器采用一拖一）。泵、变频器的主要技术参数如表1、表2。

2.油房庄采用变频调速技术的节能效果

现以油房庄站2011年数据为例（见表3），其中二台输油泵，泵型SMI325/01×5，扬程为650m、流量为550m3、额定转速2988 r/ min、配备额定功率为1250KW的电机。另外一台输油泵的泵型ZMI270/007×9、扬程为650m、流量为150m3、额定转速2980 r/ min、配备额定功率450KW的电机。计算这三台输油泵在2008年里采用变频调速技术所产生的节能效果。

备注：表中填充部分为3#小插输泵的运行参数，空白部分表示停输。

根据P1/P=(N1/N)3（亦称为比例系数）

其中：P为额定功率、N为额定转速、P1为实际功率、N1为实际转速

由表3数据可得：一季度输油泵的平均比例系数为0.63；二季度输油泵的平均比例系数为0.59；三季度输油泵的平均比例系数为0.55，小插输泵的平均比例系数为0.43；四季度输油泵的平均比例系数为0.57，小插输泵的平均比例系数为0.45；

节省电能P=P1+P2+P3+P4

其中P1=（1－0.63）×1250×2175=1005938度

P2=（1－0.59）×1250×2138=1095725度

P3=（1－0.55）×1250×1686+（1－0.43）×455×156=988834度

P4=（1－0.57）×1250×926+（1－0.45）×455×988=744972度

则P=1005938+1095725+988834+744972=3835469度（变频器本身以及空调所消耗的能量相对于泵节约的能量很小，可忽略）。节电率=（P/P总）=42%。按照平均电价0.64元/度计算，一年节省资金为245.5万元。而购买高压变频器和低压变频器以及配套设备的费用大约220万，故一年可收回成本。安装变频调速器后，节能所带来的效益只是其所产生效益的一方面，使用变频调速降低了电机的启动电流，减少对电网的冲击，提高了油泵和电机的使用寿命，减少了维修工作量，保证了生产的稳定和安全。