吴欣桦
南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏 南京 210048
摘要：本文首先简要介绍永磁调速技术，分析其科学原理、节能原理及其特点，以此探究其在石油化工企业中的巨大应用价值；然后对永磁调速技术在某石油化工企业的实际应用情况展开研究，对可能存在的问题进行小结和进一步的探讨，最后从如何发展的角度出发，展望永磁调速技术在石油化工企业的应用前景。
关键词：永磁调速；石油化工企业；应用；
引言：在石油化工企业作业中，离心式泵和风机占据了大部分的电力消耗。只要厂房不停产，大部分泵和风机都会持续运转。而泵和风机的进出流量通常借助阀门节流来控制，在其长时间的运转之下，必然会导致大量节流能量的消耗，并且会伴有严重的气蚀现象，导致零部件被冲刷、振击所损毁。为解决这一问题，石油化工企业借助永磁调速技术，装设永磁调速器，随时调整泵和风机的转速以适应机组负荷、温度等运行条件，以此控制压力和流量，减少节流能量的消耗，实现更大的经济效益。
1永磁调速技术综述
1.1永磁调速工作原理
永磁调速器的结构包括铜转子、永磁转子以及控制单元。通常情况下，铜转子安装在驱动电机的主轴上，永磁式转子安装在负载主轴上，控制器机构放置在铜导体与永磁性传动器之间的空气孔隙中。当传感器系统进行工作时，电机主轴的铜转子和传动负载主轴的永磁转子如同运动中的导体正穿越、切割磁感线。由于电磁感应原理而引起涡电流的变化，并产生一定的扭矩力。随着导体离磁感线越来越接近，磁感线越来越密集，这种涡电流变化会被放大，扭矩力也会激增。在高速运行的状态下，铜转子和永磁转子两者都能感应到强度相同的极强磁场，在这个时候产生的电磁力大小与导体的相对速度密切相关，并且比在慢速时的力矩要大得多。因此，可以调整永磁体和铜导体间的距离，从而改变负载端的力矩，以此有效控制负载转速。
1.2永磁调速技术控制的节能原理
永磁调速器可以按照企业实际需求调整负载运行转速，因此可以提供对离心泵和风机流量、压力的连续监控。在输出过程中，离心泵和风机的扬起水的高度（压头）以及功率与负载端转速高度正相关，因此若在不改变发动机转速的情况下，通过调整泵或风机转速的方法来使转速下降，此时扬程和功率也会相应减少，可以缓解节流耗能，从而达到节能的目的。
1.3永磁调速技术的特点
永磁调速的特点有：1)调速节能。该技术取代了原来的系统控制阀，调整了永磁转子与铜导体转子的啮合面积，通过调节泵的转速实现连续流量控制，在满足工艺要求的基础上，实现经济化的运行。2)低振动。永磁调速器用气隙磁场传递力矩，取缔了原来的刚性联轴器。电机与负载之间没有机械连接，使负载侧和电机侧之间的振动难以传播，以此来降低系统振动。3)低噪音。由于永磁调速器没有机械连接来传递力矩，其振动小，产生的噪声也就很小，不需要加装盖板来抑制噪音，使用普通保护罩即可。4)高可靠性。永磁调速器的铜转子、永磁转子是纯机械部件。其结构简单，故障率较低，性能稳定，几乎不需要开展维修、保养工作。5)轻载起停和过载保护。永磁调速器有缓冲作用，在应对负荷冲击时可以自动缓冲与保护。由于电动机与负载之间无机械连接，所以永磁调速器可在负载过载或断开时自动隔离电机到负载的传递，使电机空转，负载停运，可完全消除系统损坏或过载而造成的重大损失，延长电机和负载的寿命，提高整个电机驱动系统的可靠性。6)谐波小，无电磁干扰，可免除装设滤波器，降低作业成本。
2永磁调速实际应用情况
这里举中国石化千万吨炼油厂的实例，永磁调速主要应用于小型电机，如冷却风扇、鼓、引风机等。液力耦合调速装置有6台，其中3台常减压单元加热炉风机已投入使用。制氢单元加热炉鼓风机正在调试中。目前正投入使用的永磁调速设备共10台。
通过对2012年新增6套技术产品生产管理系统的试运行，选取6个具有代表性的系统进行试验，分别对比分析了气隙开度与转速、温度的相关程度。永磁调速器在全满负荷百分之百转速的运行情况下，负荷与电机之间的平均滑差为5.28个百分点，最大滑差损失达6.16个百分点，节能效率只有59%。数据表明，最合适的转速调节范围约在0~75%左右。在高转速运行情况下，气隙可调程度会变差，当转速可控程度越高时间，温度也就越高，但温度的临界数值始终在报警温度90℃以内。除了温度控制较之于以前更好外，机泵的振动控制效果也较为良好，控制效率约为50%。
在罐车运输方面，柴油、汽油以及液化石油气储运装置的五台加注泵，由于其危险爆炸品的特性，导致在装车时必须保持不间断加注。因此，每一辆车装车后都要及时打回流，这样就增加了能耗，并且也对设备的长时间运行有十分大的影响。而永磁调速便可以解决这个问题。柴油、汽油加注泵每日的运行时间为八小时，但是其实际加注工作的时间只有大约五小时，而剩下三个小时都是泵空转的状态。在装上永磁调速后，节省的能耗就是这三个小时泵空转所消耗的电量与。这五台加注泵的电流所测为13 安培,则永磁调速装置每日便可以节省能耗约一百千瓦时，每年可省下约三万元的能耗成本。在另一工业废水处理的项目中，在装设永磁调速器后，空转电流降低10 安培，每年可节省电耗约4.5万千瓦时，省下约四万元的电费。永磁调速装置还可在一定程度上解决下游管道由于放水压力过大而导致阀门吹扫漏水的问题，这也是另一大笔隐性收益。
3永磁调速应用的发展趋势
目前，在永磁调速的实际应用中存在着以下问题：1）永磁调速适用于小型作业设备，在大功率电机的投资收益上较低。虽然用永磁调速技术使用较为方便，也能显著改善和降低下游管道设备的腐蚀问题，但是大功率电机上的直接回报率仍然较低，限制了永磁调速技术的发展与应用，因此现在的永磁调速技术是小功率电机的最佳之选。2）整体功率、转速的调节性能较差、校正范围小，这个问题主要是由孔隙结构以及磁场线的密度随轴向分布变化较大所决定。
有文献表明，永磁调速在高性能泵中得到了成功应用，但还需要外置水冷系统。若在设计阶段时未将水冷系统考虑在内，则在永磁调速投入使用后便难以进行加装施工。为了提升永磁调速的经济效益，应推广外设水冷系统在高功率、高性能机泵上加装的施工技术的开发与应用。
从理论上讲，永磁调速的性能应介于变频与液压耦合之间，但在企业的实际应用中，永磁调速的性能却不够理想。按照调谐原理，越远离永磁体，磁感线的密度越小，但并非是严格按照线性递减的。前代永磁调速的原理是利用电动执行机构将扭矩力传给齿轮转子，改变永磁体与导体之间的距离来控制转速。这就难以避免可控区间较小的问题。特别是在大型风机组的永磁调速上，严重影响了永磁调速的效果。而第二代的永磁调速的调节方式不同，采用的是啮合齿轮调整方式。因此，当两者啮合接触面积发生变化时，铜导体和永磁转子在负载轴上的相对位置也随之改变，从而控制了扭矩力的大小。此时的磁感线密度随轴向分布变化平稳，可以实现平稳转速控制，且控制范围较大。目前在五百千万规模的风机上，可达0-90%的调速范围，投资回报率可达三十个百分点。
4结束语
永磁调速技术结构简单，性能稳定，成本低廉，安装、操作以及维护方便，有着十分巨大的投资效益。尽管目前技术水平有限，导致其节能效果并不显著，但在石化行业的节能业务上也有着非常广泛的应用。所以，从经济角度来看，永磁调速装置是目前节能技术的不二选择，应积极推进永磁控调速技术的发展与研究。
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