永磁调速装置在轴流风机增效节能改造方面的应用

永磁调速装置在轴流风机增效节能改造方面的应用

蔡美霞

北京燕山玉龙石化工程股份有限公司天津分公司

摘 要：石油化工企业内运行的大型冷却塔在春、秋、冬三季和夜间存在冷却能力过剩的问题，造成机械通风冷却塔电能的浪费。本文结合某石化公司对轴流风机的节能改造案例，对永磁调速装置在节能增效方面的应用进行了论述。

关键词：大型冷却塔、节能增效、永磁调速

1 石油化工企业中冷却水系统的重要性及运行中存在的问题

循环水场在石油化工行业中有着至关重要的作用，在日常的生产过程中为各生产装置提供满足生产工艺要求的冷却用水，循环水冷却装置的平稳运行是各石油、化工及辅助生产装置安全、稳定运行的有力保障。

由于四季温差及昼夜温差导致的环境温度的变化，循环水冷却装置在满足夏季最不利情况冷却水供给的前提下，在春、秋、冬三季，夜间以及一些天气原因导致的环境温度骤变的情况时会出现冷却塔能力过剩的问题。这种冷却能力的过剩造成了机械通风冷却塔电能的浪费。

2以某石化公司的循环水场运行情况为例

某石化公司下设炼油部、烯烃部、化工部、热电部等，各部门共有10座循环水场，该石化公司各循环水场内的冷却塔包括自然通风冷却塔和机械通风冷却塔(包括小功率风机、大功率变频风机和大功率定频风机)。

在之前的管理和日常维护中该石化公司采取通过监控冷却水出水的温度，及时手动启、停风机、调整运行台数、调整风机叶片角度等措施来减少风量，从而达到节约电能的目的。但这些措施对大型风机的调控仍然存在一些问题：

1. 无法精准的控制冷却水出水温度，水温的变化幅度大，影响生产；
2. 频繁的启、停冷却塔风机造成对设备（叶片、传动轴、齿轮、轴承）零部件的冲击，严重影响风机的使用寿命；
3. 频繁启动大功率设备，形成很大启动电流冲击，造成电能浪费、损坏电机、冲击电网。

目前化工1#循、烯烃1#循、2#循、3#循部分机械通风冷却塔采用了变频风机（低压变频），节电效果明显；炼油部1#循、2#循两座循环水场的冷却塔风机均为30KW的小功率风机，出水温度调节措施比较灵活，并且不容易产生冲击电流、不会对风机的使用寿命产生影响；热电1#循环水场为自然通风冷却塔无风机节能空间。

炼油部3#循、炼油部4#循、热电2#循三座循环水场的每套机械通风冷却塔均配有一台电压为6000V，功率为200KW的室外大型轴流风机。可对这三座循环水场的冷却塔轴流风机进行增效节能改造，以降低能耗、

3通过永磁调速装置对大型轴流风机进行调速改造

由于高压变频器投资高，效益回收周期长，且经过现场实地勘测，现状循环水机柜间不具备安装高压变频器的条件。综合考虑，拟采用永磁调速装置对高压风机进行调速，调速装置安装于风机和电机之间，可以根据工艺需求，调节风机的转速，从而达到节能的目的。经调研燕山、扬子、茂名、石家庄、巴陵石化等企业均有采用永磁调速装置的案例，调速装置运行平稳可靠，能很好的满足工艺调节的需求，节能效果明显。根据各企业的运行管理和数据经验，每座循环水场风机数量超过7台（含）时可增设2台调速装置，7台以下增设1台调速装置。

3.1主要改造内容

炼油部第三循环水场1#风机、第四循环水场1#风机、热电部第二循环水场1#、5#风机各新增一套永磁调速装置，共四套。

（1）永磁调速装置安装于冷却塔塔顶平台，额定电压为380V，用电负荷为二级负荷，防爆等级：ExdIIBT4，防护等级IP65,表面镀锌或者喷涂特氟龙，防护罩和接线箱的材质为304不锈钢。

（2）将原有电机的基础加长，风机和电机之间移出适当空间，用于安装永磁调速装置；

（3）为永磁调速装置做供电设计，永磁调速装置供电后与循环水出水温度联锁，可自动调节风机的转速，从而达到节能效果。

（4）永磁调速装置的启停方式为远程手动启、停和现场手动启、停，并可在DCS上实现联锁和手动操作的切换。永磁调速设备配套提供的执行机构上设有现场启、停按钮和手自动切换开关。永磁调速装置的调节与其所服务的循环水出水主管的出水温度自动调节：

当循环水出水温度高于设定值时，永磁调速器会增大行程，提高风机的转速；

当循环水出水温度低于设定值时，永磁调速器会减小行程，降低风机的转速；

当循环水出水温度等于设定值时，则永磁调速器保持当前的行程，使风机恒速运行；使循环水出水温度始终不高于设定值。

永磁调速装置开、闭及状态信号、故障信号、温度信号远传至控制室，

永磁调速器随设备带温度传感器（设置于轴承、导体转子处）和转速传感器。把温度信号、风机转速信号远传至控制室，永磁调速器的轴承温度、导体盘温度、输出转速、电动执行机构反馈信号、执行器控制信号通过硬接线引入DCS系统。

3.2改造效果和运行特点

本工程采用的永磁调速装置主要的特点是调速节能，调速装置安装于风机和电机之间，通过磁场将电机和风机进行软连接，并通过调节永磁调速器实现负载调速，在节能的同时提高循环水出水的稳定性、消除风机运行隐患，延长设备使用寿命、减少冲击电流对电网的冲击。永磁调速装置还具有以下特点：

（1）无源。在无需通电的情况下，仍可进行调速，属于机械调速。

（2）无联结。电机和负载无机械联结，通过磁场耦合实现能量传递。

（3）轻载启动。整个启动过程平稳，冲击小。具有轻载启动停机功能，可以有效地降低电机的启动电流。

（4）结构简单可靠、维护少，可靠性高，使用寿命长，设计寿命25-30年。

（5）能够适应各种恶劣工况：如电网电压波动较大，谐波含量较高，易燃、易爆，潮湿，粉尘含量高，高温、低温等场所；并不产生任何污染物。

（6）应具有过载保护功能，当负载过载或者堵转时，将设备系统因过载而导致的系统损害和巨大损失降到最低。