高壓機泵磁力耦合器改造

陳俊

摘要：受原油性質和市場變化影響，裝置維持低負荷生產，減一中流量常常低于額定流量的30%運行，對設備的機械密封影響較大，造成機械密封泄漏，且機泵運行振動值偏離標準，機泵運行存在安全隱患。針對舊高壓機泵改造，考慮高壓變頻改造需要增加高壓變頻器房間等因素，采用磁力耦合器改造。通過磁力耦合器的改造，優(yōu)化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗和穩(wěn)定裝置生產安全運行。

Abstract： Due to the nature of crude oil and market changes， the device maintains low-load production. The medium-to-medium flow rate is often less than 30% of the rated flow， which has a great influence on the mechanical seal of the equipment， causing leakage of the mechanical seal， and the vibration value of the pump operation deviates from the standard， and there is a safety hazard in the operation of the pump. For the transformation of the old high-pressure machine pump， considering the high-voltage frequency conversion transformation needs to increase the high-voltage inverter room and other factors， the use of magnetic coupler transformation. Through the transformation of the magnetic coupler， the control system is optimized to achieve energy saving and stable operation of the stable production.

關鍵詞：高壓;磁力耦合器;節(jié)能

Key words： high voltage;magnetic coupler;energy saving

中圖分類號：TN386.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0181-02

0? 引言

某公司600萬噸/年常減壓、減粘聯(lián)合裝置共有高壓機泵6個位號12臺，一開一備，由于受市場變化及原油性質的影響，較長時間內裝置維持低負荷生產，機泵在額定流量的30%左右運行，尤其是減一中，為滿足日常生產需要，已對其進行葉輪切削，但是在裝置低負荷生產期間，機泵振動超標、密封泄漏等現(xiàn)象時有發(fā)生，為更好的適應日常生產需要及節(jié)能考慮，就減一中泵進行磁力耦合器的改造。

1? 磁力耦合器簡介

磁力耦合器是以法拉第電磁感應原理為基礎，應用高性能永磁材料產生的磁力作用來實現(xiàn)轉矩無接觸傳遞的一種技術。磁力耦合器也稱磁力聯(lián)軸器、永磁傳動裝置。主要由銅轉子、永磁轉子和控制器三個部分組成。一般，銅轉子與電機軸連接，永磁轉子與工作機的軸連接，銅轉子和永磁轉子之間有空氣間隙（稱為氣隙），沒有傳遞扭矩的機械連接。這樣，電機和工作機之間形成了軟（磁）連接，通過調節(jié)氣隙來實現(xiàn)工作機軸扭矩、轉速的變化。（結構、原理和實體見圖1、圖2、圖3）。

2? 相比高壓變頻器改造的主要技術優(yōu)勢

2.1 磁力耦合器的優(yōu)點

2.1.1 調速節(jié)能? 可以根據(jù)生產實際運行工況，通過調節(jié)磁力耦合器的空氣間隙，實現(xiàn)調節(jié)轉速，來達到節(jié)能降耗的目的。由泵和風機類負載的工作特性可知：功率與轉速的立方成正比：P2/P1=（N2/N1）3，當其轉數(shù)下降20%時，即有P2=（N2/N1）3×P1=（80%）3×P1=51.2%×P1，軸功率只有原來的51.2%，即節(jié)約了48.8%。

以上的只是在理想條件下的節(jié)電率，而實際中，各種運行工藝的不同，其節(jié)電率也是不一樣的，但從計算結果上看，其節(jié)電效果還是比較明顯的。

2.1.2 軟啟動? 加裝磁力耦合器傳動后，整個啟動過程變?yōu)閮蓚€階段：第一階段使電機先帶磁力耦合器的導體轉子啟動。第二階段是磁力耦合器的導體轉子帶動永磁轉子全負荷啟動。因此整個啟動過程平穩(wěn)，沖擊小?？梢杂行У亟档碗姍C的啟動電流、解決水錘現(xiàn)象。

2.1.3 減輕振動? 由于主動件與從動件相互不接觸，沒有剛性連接，割斷了振動的傳遞，這樣負載側的振動就不會傳遞到電機側，電機側的振動也不會傳到負載側。降低系統(tǒng)的振動，實現(xiàn)工作機械的平穩(wěn)運行。

2.1.4 過載保護? 當負載突然超載卡住時，扭矩增大，當超過耦合器最大扭矩時，導體轉子與磁轉子之間的滑差迅速增大，結束扭矩的傳遞，對負載和電機都起到了保護作用。

2.1.5 對環(huán)境無污染? 由于電機未作任何改動，依舊是正弦波，故沒有高次諧波污染;另主動、從動之間的扭矩傳遞依靠磁力實現(xiàn)，故無液力耦合器的漏油污染。

2.1.6 使用維護簡單? 主機為純機械設備，結構簡單，操作簡便，維修容易、維護工作量小，維護費用極低。電機與負載的軸連接是非接觸式的，所以對中精度要求低（最大可為5mm），安裝調試快捷。且除軸承、油封外無任何機械摩擦，使用壽命長，設計壽命達30年，易損件只有軸承、油封，長期運行可靠性高。

2.2 高壓變頻器缺點

盡管變頻器目前技術比較過關，但是對環(huán)境的要求十分苛刻，專用房間要密封、防塵，夏季要有空調來保持設備正常運行所要求的溫度，輔助設施投入較大。

3? 磁力耦合器改造后的分析

3.1 磁力耦合器投用后機泵運行狀態(tài)評價

P1216/1改造后經過一段時間的運行，總結說出以下優(yōu)點：①由于磁力耦合器取代了鋼性聯(lián)軸器，大大降低了鋼性聯(lián)軸器的振動放大傳遞，泵側的振動就不會傳遞到電機側，電機側的振動也不會傳遞到泵側，同時也割斷了振動在傳遞過程的放大效應。②降低了軸彎曲、熱膨脹等原因引起的系統(tǒng)振動。③由于電機和機泵之間沒有機械鏈接，沒有摩擦，降低了系統(tǒng)的振動幅度，可以大大延長軸承和機械密封的壽命，間接節(jié)約生產成本。從表1可以看到，投用磁力耦合器后，P1216/1無論電機還是泵體，振動值比公頻運行時存在明顯差異。④當機泵由于負荷過大或其它原因引起過載時，磁力耦合器可自動將電機對機泵的力矩傳遞完全斷開，此時電機完全空載運行，機泵自動停止運轉，可以消除機泵因過載而導致的損害和損失。

3.2 磁力耦合器改造后機泵運行經濟效益評價

從表2可以看出，P1216/1磁力耦合器投用后，電機電流普遍比公頻運行時降低30%以上。按照上半年平均加工量530噸/小時，減一中泵流量大概為200噸/小時。磁力耦合器投用后電流降低2.4A，一年省電量為：1.732×2.4×10000×24×365/1000/10000=36.4萬千瓦時，那么其全年可節(jié)約電費（按0.5元/（kW·h）計算）：36.4×0.5×104≈18.4萬元。

3.3 磁力耦合器改造后機泵運行其他效益評價

相比改造前，減一中泵是工頻運行，其流量控制主要通過調節(jié)閥節(jié)流，減一中系統(tǒng)的操作壓力隨加工負荷及原油性質變化而變化，造成系統(tǒng)內換熱器管箱法蘭及連接法蘭因負荷變化和溫差變化引起泄漏，存在安全隱患;同時，因為市場變化，裝置低負荷生產，減一中流量常常低于額定流量的30%運行，對設備的機械密封影響較大，造成機械密封泄漏，且機泵運行振動值偏離標準，往往通過泵副線來調整流量，改變機泵運行狀況，造成機械密封泄漏量大時而不得不切換機泵進行檢修;且因泵副線流通量較小，管線沖刷腐蝕嚴重，往往運行一段時間，管線因沖刷腐蝕而出現(xiàn)砂眼，出現(xiàn)緊急事故。經過磁力耦合器的改造，減一中流量通過調速器調整，后路的壓力及溫差變化小，運行平穩(wěn)。

磁力耦合器的改造大大的提高了設備的安全性，減少了維修頻次、維修的費用，延長了機械密封等設備的使用壽命，減輕了軸承的磨損;同時提高了自動化控制的水平，減輕了勞動強度。同時，磁力耦合器改造節(jié)能降耗的效果也是比較明顯的。

4? 設備改造及維護事項

由于該設備結構比較緊湊，自身發(fā)熱量比較大，散熱面積小，夏季設備本體溫度接近50℃，容易造成潤滑脂老化，需每隔10-15天對其進行注油，確保潤滑效果，并做好防曬措施。由于設備安裝位置有限，設備檢修時需要移動電機，檢修工作量比較大，且時間較長，為確保風機正常使用，該設備配置了一套連接軸，用于替代磁力耦合器。

應對磁力耦合器最小氣隙進行限位。一方面，氣隙過小，導磁體與永磁體間磁力越大，調節(jié)氣隙的阻力也越大，會超過調節(jié)機構的扭矩，出現(xiàn)調節(jié)機構超負載運行現(xiàn)象，影響調節(jié)機構正常運行或造成其損壞。再者，一旦調節(jié)機構行程顯示與實際發(fā)生偏差，會造成導磁體與永磁體間碰觸后摩擦損壞。因此，在達到最大轉速時，將二者間的距離做好記錄，并做好限位，防止其繼續(xù)變小，并將這點點作為最大開度位置。

在檢修過程中，要防止金屬垃圾被永磁體吸附，安裝及投用前一定要進行檢查。在拆裝永磁體與導磁體時，要保持二者間有足夠的距離，并用頂絲頂住，防止二者吸在一起，造成人員受傷。

參考文獻：

[1]唐孟海，胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術問答.

[2]調速磁力耦合器對變頻器的優(yōu)勢.

[3]程仲銀，張兵.高壓電機變頻改造.