煉化企業(yè)變頻電動機控制回路技術改造

張存壽，張成海

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

某煉化公司現(xiàn)有16 萬t/a 烷基化廢酸裝置，該裝置以甲基叔丁基醚（MTBE）裝置的醚后碳四為原料，通過烷基化反應生產(chǎn)高辛烷值汽油調合組分——烷基化油。烷基化廢酸裝置所需的催化劑為質量分數(shù)98%的硫酸，使用過程中硫酸質量分數(shù)會降低，當硫酸質量分數(shù)低于90%時，不能再作為催化劑使用。廢酸再生裝置就是將烷基化廢酸裝置所產(chǎn)的質量分數(shù)小于90%的廢酸高效環(huán)?；厥仗幚怼?/p>

烷基化廢酸裝置共有10 臺變頻電動機，其中廢酸助燃風機K-910，工藝氣風機K-920，冷卻風機K930、K932、K933、K950、K952、K953 這8 臺風機屬于關鍵設備，異常停機將造成烷基化廢酸裝置整體停車或引起環(huán)保事故。變頻電動機上通常采用主電機附帶強制冷卻小風機的降溫方式，控制回路冷卻風機與主電機之間有電氣聯(lián)鎖。若冷卻風機發(fā)生故障，需將整個風機機組停電后才能對冷卻風機進行檢修。冷卻風機發(fā)生故障后電氣和工藝系統(tǒng)中控無報警，不滿足《煉化企業(yè)電氣設備檢維修策略指導意見》（試行）［1］中對變頻電動機的相關要求。2022-04—2022-05，廢酸工藝冷卻風機K933、K950 相繼發(fā)生故障，造成裝置生產(chǎn)異常波動。

本文針對變頻電動機控制回路存在的隱患，提出合理的技術改造方案，并通過實際操作效果加以驗證。

1 烷基化廢酸裝置變頻電動機現(xiàn)狀

1.1 運行情況

烷基化廢酸裝置的8 臺風機和2 臺導熱鹽泵采用變頻電動機驅動，每臺主電機附帶1 臺強制冷卻風機，冷卻風機主要起冷卻降溫作用。截止目前已有2 臺電動機的自身冷卻風機（K933、K950）發(fā)生過故障，整個風機機組被迫停機后才能對冷卻風機進行檢修。

1.2 控制回路

變頻電動機原控制回路原理圖見圖1［2-3］。圖1 中，101 為控制電源端子號，01、02、130、131、133、134、135 為接線端子號，7、8、9、10 為轉換開關SA1 接線端子號，F(xiàn)R1 為冷卻風機熱繼電器，SB1 為操作柱啟動按鈕，SB2 為操作柱停止按鈕，SA1 為操作柱轉換開關，KM3 為冷卻風機接觸器。文中其余各圖中的數(shù)字和字母含義均與圖1 中的相同。

圖1 變頻電動機原控制回路原理圖

從圖1 看出，①原控制回路自保持是通過冷卻風機接觸器KM3 常開接點實現(xiàn)的，啟動主電機同時啟動強制冷卻風機，避免了主電機異常發(fā)熱。②冷卻風機發(fā)生故障時會跳閘，熱繼電器FR1 常閉接點和接觸器KM3 常開接點將打開，控制回路斷開后無法單獨啟動主電機。③冷卻風機故障信號未接入電氣開關柜或中控DCS 回路，也不滿足文獻［1］中變頻電動機配套的專用冷卻風扇電機故障信號宜用作報警的相關要求。

2 變頻電動機控制回路改造方案探討

2.1 改造方案1——無冷卻風機聯(lián)鎖

取消主電機與冷卻風機之間的聯(lián)鎖跳閘回路，通過主電機接觸器KM1/KM2 常開接點實現(xiàn)控制回路的自保持［4］，引出冷卻風機熱繼電器故障信號報警。改造方案1 的控制回路原理圖見圖2。圖2 中KM1 為主電機工頻接觸器，KM2 為主電機變頻接觸器。

圖2 無小風機聯(lián)鎖電動機控制回路原理圖

改造方案1 盡管滿足文獻［1］中變頻電動機配套的專用冷卻風扇電機故障信號宜用作報警的相關要求，但是正常情況下存在主電機單獨運行而冷卻風機沒有運行，主電機異常發(fā)熱的隱患，故此方案不可行。

2.2 改造方案2——手動在線切換［5-6］

2.2.1 原理及故障信號回路

手動在線切換電動機控制回路原理圖見圖3。圖3 中，SA 為旋鈕開關。

圖3 手動在線切換電動機控制回路原理圖

手動在線切換控制回路可以實現(xiàn)以下功能：①正常運行時，SA 常開接點打開，不影響主電動機工頻或變頻運行。通過冷卻風機接觸器KM3 常開接點實現(xiàn)控制回路自保持，達到冷卻風機和主電機同時啟動運行的目的。②故障狀態(tài)時，SA 常開接點閉合，熱繼電器FR1 被短接（解除聯(lián)鎖跳車），主電機工頻或變頻運行是通過自身接觸器常開接點KM1 或KM2 實現(xiàn)自保持，主電機單獨啟動運行。

將冷卻風機熱繼電器故障信號FR1 與開關柜盤面故障信號燈并聯(lián)，風機故障可以通過電氣信號黃燈接反饋，見圖4。圖4 中，105、107、111、113 為接線端子號，KA4 為變頻運行擴展繼電器，KA2 為工頻運行擴展繼電器，KA1 為變頻運行故障繼電器，KA3 為工頻運行故障繼電器，HR1 為變頻運行紅燈，HR2 為工頻運行紅燈，HG 為停止綠燈，HY 為故障黃燈。

圖4 手動在線切換電動機控制回路風機故障信號圖

2.2.2 達到效果

①主電機和冷卻風機之間增加了 “解除或投用” 控制選擇開關，如果現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)冷卻風機有異?，F(xiàn)象，可以在線解除聯(lián)鎖［7］，不影響主電機運行。②將冷卻風機故障信號引至開關柜盤面，冷卻風機故障可以通過電氣信號黃燈接反饋，極大縮短了故障處理時間。③通過增加旁路，取消冷卻風機和主電機之間的運行閉鎖回路，就把冷卻風機和主電機的控制回路獨立出來，即便冷卻風機故障檢修也不會影響主電機運行。

2.3 改造方案3——自動在線切換［8］

2.3.1 原理及故障信號回路

自動在線切換電動機控制回路原理圖見圖5。圖5 中，KA5 為冷卻風機故障繼電器。

圖5 自動在線切換電動機控制回路原理圖

自動在線切換電動機控制回路可以實現(xiàn)以下功能［9-16］：①正常運行時，中間繼電器KA5 線圈未得電，KA5 常開接點打開，不影響主電動機工頻或變頻運行，冷卻風機接觸器KM3 常開接點實現(xiàn)控制回路自保持。②故障狀態(tài)時，熱繼電器FR1 常閉接點打開斷開控制回路，同時熱繼電器FR1 常開接點閉合，KA5 線圈得電，KA5 常開接點瞬間閉合保持控制回路完整，主電機工頻或變頻運行的自身接觸器常開接點KM1 或KM2 閉合實現(xiàn)自保持，實現(xiàn)了自動在線切換。

將冷卻風機熱繼電器故障信號FR1 與開關柜盤面故障信號燈并聯(lián)，同時送至中控DCS，及時提醒相關人員采取必要的冷卻措施。自動在線切換電動機控制回路風機故障信號見圖6。

圖6 自動在線切換電動機控制回路風機故障信號圖

2.3.2 達到效果

（1）增加了中間繼電器KA5，冷卻風機故障停機后實現(xiàn)自動在線旁路啟動切換。

（2）冷卻風機故障信號反饋至電氣開關柜信號燈和中控DCS，提醒工藝操作人員采取必要的冷卻措施。

2.4 方案2 和方案3 對比

方案2 和方案3 共同的優(yōu)點是，增加了控制回路旁路運行，冷卻風機發(fā)生故障后可以從工藝上采取其他冷卻方式降溫，不影響主電機的正常運行。

采用方案2 需要工藝巡檢人員及時發(fā)現(xiàn)冷卻風機故障但還未跳閘的狀態(tài)，此時通過“解除或投用”控制選擇開關手動切換至旁路運行［17-20］，移出小風機進行檢修。當冷卻風機故障聯(lián)鎖跳閘后，會造成生產(chǎn)波動。

采用方案3 可以實現(xiàn)自動在線旁路啟動切換，不會造成生產(chǎn)波動，但是需要額外增加儀表卡件［21］，成本較高。

綜合考慮方案2 和方案3 的優(yōu)缺點，對普通變頻電動機，可采用方案2 進行技術改造。對關鍵變頻電動機停機即會造成全裝置停車或環(huán)保事故的情況，建議采用方案3 進行技術改造。

3 結束語

2022-06，利用烷基化廢酸裝置檢修機會完成了8 臺風機和2 臺導熱鹽泵變頻電動機控制回路的技術改造，并進行了手動切換、自動切換效果驗證，截至目前變頻電動機運行穩(wěn)定，證明改造方案可行。

煉化企業(yè)變頻電動機控制是一個復雜的系統(tǒng)工程［22-24］，文中所述技術改造方案為變頻電動機控制回路隱患治理和穩(wěn)定運行提供了解決方案，開闊了電氣設備全壽命周期管理的設計思路［25-27］，可為煉化企業(yè)裝置長周期運行提供設備本質安全保障。