کانون توجه برنامه: اولین درایو ولتاژ متوسط ​​چین برای واحد سه ماشینی اتیلن کاملاً الکتریکی

1. مقدمه

در 16 ژوئیه 2026، پروژه اتیلن 1.2 میلیون تنی پتروشیمی پتروشیمی پتروچاینا دوشانزی تاریم 1.2 میلیون تن در سال به راه اندازی موفقیت آمیز اولین تغذیه دست یافت که نشان دهنده راه اندازی رسمی اولین کارخانه اتیلن چین با کمپرسورهای کاملاً الکتریکی با استفاده از فناوری بومی است. تجهیزات اصلی نیروگاه این کارخانه اتیلن رده میلیون تنی - واحد سه ماشینه اتیلن، متشکل از کمپرسور گاز ترک خورده، کمپرسور مبرد پروپیلن و کمپرسور مبرد اتیلن - به طور مستقیم توانایی کار مداوم، سطح مصرف انرژی، و راندمان بهره برداری و نگهداری نیروگاه را تعیین می کند..

در حالی که فن آوری سنتی درایو توربین بخار بالغ است، با مصرف انرژی بالا و انتشار کربن همراه است. تحت اهداف اوج کربن و بی طرفی کربن چین، صنعت پتروشیمی در حال تسریع انتقال سبز "بخار به برق" است. درایو موتور فرکانس متغیر مزایای قابل توجهی در صرفه جویی در انرژی ارائه می دهد. با این حال، سیستم‌های محرک ولتاژ متوسط ​​با ظرفیت فوق‌العاده بزرگ برای واحدهای سه‌دستگاهی اتیلن، مدت‌هاست که به تامین خارج از کشور متکی بوده‌اند و در کنترل مستقل داخلی خلأ ایجاد کرده‌اند.

برای دستیابی به بومی سازی تجهیزات اصلی ملی، با حمایت قوی از شرکت پتروشیمی دوشانزی پتروچاینا، شرکت پیمانکاری و مهندسی و مهندسی هوانکیو چین (پکن)، و شرکت توربو-ماشین آلات شنیانگ، Shanghai Nancal Electric Co., Ltd. بر چندین گلوگاه فنی غلبه کرد و با موفقیت ظرفیت فوق العاده بزرگ، با قابلیت اطمینان بالا، نیروگاه های ولتاژ متوسط ​​اتیل تون را برای میلیون ها درایوهای ولتاژ تون اتیل ان توسعه داد. این شرکت با پر کردن شکاف فناوری داخلی در سیستم‌های محرک سه ماشینه اتیلن کاملاً الکتریکی و ارائه یک مسیر بومی‌سازی برای مقاوم‌سازی برقی صنعت پتروشیمی، یک راه‌حل کامل سیستمی ارائه کرد..

شکل 1: واحد سه دستگاه اتیلن

شکل 2: درایو ولتاژ متوسط ​​برای واحد سه دستگاه اتیلن

2. مقایسه فناوری راه حل درایو

گیاهان اتیلن به تولید مداوم و بدون وقفه طولانی مدت نیاز دارند. یک تعطیلی برنامه ریزی نشده منجر به خسارات اقتصادی هنگفتی خواهد شد. این امر تقاضاهای بسیار بالایی را برای پایداری عملیاتی و قابلیت تنظیم کارایی انرژی تجهیزات محرک کمپرسور ایجاد می کند. هر دو راه حل اصلی درایو دارای محدودیت های فنی ذاتی در کاربردهای عملی هستند.

برای درایو بخار سنتی ، عملکرد توربین بخار به شدت به پارامترهای حرارتی شبکه بخار نیروگاه بستگی دارد. نوسانات دما و فشار بخار مستقیماً بر دقت تنظیم سرعت دستگاه تأثیر می گذارد. این تجهیزات به یک فرآیند گرم کردن طولانی 4 تا 8 ساعت قبل از راه اندازی نیاز دارند که منجر به پاسخ آهسته استارت-ایست می شود. فرآیند تبدیل حرارتی انرژی بالایی مصرف می‌کند و محدوده تنظیم بار محدود است و برآوردن الزامات صرفه‌جویی در انرژی در عملیات بار متغیر را دشوار می‌کند.

برای درایو الکتریکی ، درایو موتور با فرکانس متغیر مزایایی مانند سرعت پاسخ سریع، دقت تنظیم بالا و پتانسیل صرفه جویی قابل توجه در انرژی را ارائه می دهد . با این حال، جایگزینی درایو بخار سنتی هنوز به حل سیستماتیک چالش‌های مهندسی متعدد نیاز دارد: سیستم‌های شافت بلند با قدرت بالا مستعد لرزش پیچشی هستند که منجر به آسیب خستگی می‌شود. خرابی های غیرمنتظره در سیستم کنترل یا سلول های برق مدار اصلی به طور مستقیم تداوم تولید را تهدید می کند. و ظرفیت فوق العاده بزرگ و سطح ولتاژ متوسط ​​تجهیزات، تقاضاهای بسیار بالایی را بر طراحی سخت افزار و توسعه الگوریتم کنترل عملکرد بالا تحمیل می کند. توانایی غلبه بر این چالش ها به طور سیستماتیک برای استقرار موفقیت آمیز راه حل درایو تمام الکتریکی بسیار مهم است.

3. بررسی اجمالی راه حل سیستم

راه حل کاملاً الکتریکی صرفاً ارتقاء فناوری درایو نیست. این یک مسیر اجتناب ناپذیر برای تحول صنعتی است که سه نیاز اصلی را متعادل می کند: سرمایه گذاری زیرساخت، مدیریت بهره برداری و تعمیر و نگهداری، و کاهش انتشار کربن کم.

درایو ولتاژ متوسط برای این پروژه از فناوری خنک‌کننده آب چند سطحی سری سلولی از نوع منبع ولتاژ استفاده می‌کند ، که دارای معماری نوآورانه «2 عملیات و یک حالت آماده‌باش» درایو کامل آماده‌باش است (شکل 3): دو درایو اصلی و یک درایو آماده‌باش، جفت‌شده با براش بدون جاروبک برای تحریک همزمان واحد این طراحی، قابلیت اطمینان عملیاتی و استفاده از منابع را متعادل می‌کند، و به طور جامع نیازمندی‌های فرآیند سخت‌گیرانه عملیات مداوم طولانی‌مدت و 'صفر خاموشی برنامه‌ریزی نشده' را از دیدگاه طراحی سخت‌افزار، استراتژی کنترل و معماری سیستم برآورده می‌کند.

شکل 3: درایو ولتاژ متوسط ​​"2-عملیات و 1-استاندبای" معماری کامل درایو آماده به کار داغ

منطق عملیاتی معماری آماده به کار درایو کامل "2-Operation and 1-Standby":

① وضعیت عملکرد عادی: دو درایو اصلی به ترتیب موتورهای مربوطه را به حرکت در می آورند تا کمپرسورها به طور پایدار کار کنند. درایو آماده به کار به طور مداوم داده های عملیاتی در زمان واقعی را از هر دو موتور جمع آوری می کند و در وضعیت آماده به کار داغ باقی می ماند.

② وضعیت خطا: هنگامی که هر یک از درایوهای اصلی از کار بیفتد، درایو آماده به کار می تواند تعویض سریع را انجام دهد و درایو اصلی را در عرض 200 میلی ثانیه در اختیار بگیرد . پس از تصاحب، سرعت موتور دیگر کاهش نمی‌یابد و عملکرد مداوم واحد بدون خاموش شدن را تضمین می‌کند.

4. پیکربندی پایه درایو ولتاژ متوسط

5. چهار فناوری اصلی برای قابلیت اطمینان بالا

5.1 معماری کامل Drive Hot Standby "2-Operation and 1-Standby"

اولین نوآوری در صنعت که از یک درایو آماده به کار استفاده می کند تا افزونگی را برای دو درایو اصلی فراهم کند. درایو آماده به کار به طور مداوم ولتاژ، فرکانس و سایر سیگنال ها را از هر دو موتور جمع آوری می کند. در صورت بروز خطا، به سرعت درگیری قفل فاز را به دست می‌آورد و کنترل را به دست می‌گیرد و اختلال جریان را در حین سوئیچینگ به حداقل می‌رساند - حل مشکلات کلیدزنی کند و مسائل خاموشی مکرر در راه‌حل‌های سنتی..

5.2 سیستم کنترل اصلی طراحی افزونگی کامل

سیستم کنترل اصلی هر درایو دارای بردهای کنترل اصلی دوگانه، PLC اضافی، ارتباطات اضافی، منبع تغذیه کنترل اضافی، و فیبر نوری اضافی است - که به افزونگی کامل لینک واقعی سیستم کنترل اصلی دست می یابد . این طراحی زمان سوئیچینگ سیستم کنترل اصلی را کمتر از 1 میلی ثانیه تضمین می کند ، از تعویض آنلاین بردهای کنترل اصلی پشتیبانی می کند، نقاط منفرد خرابی را در منبع حذف می کند، و قابلیت اطمینان سیستم کنترل اصلی پیشرو در صنعت را به دست می آورد.

شکل 4: نمودار طراحی افزونگی سیستم کنترل اصلی

5.3 فناوری بای پس سلول قدرت متمرکز

سیستم بای پس سریع سلول قدرت از یک برد بای پس متمرکز مستقل، منبع تغذیه کنترل بای پس و پیوند ارتباطی اختصاصی استفاده می کند. کل سیستم به صورت الکتریکی از مدار اصلی سلول قدرت جدا شده است . حتی در شرایط خطای شدید مانند خرابی کامل سلول برق، از دست دادن برق برد کنترل، یا قطع ارتباط، سیستم همچنان می‌تواند بای‌پس سریع سلول معیوب را کامل کند و از عملکرد مداوم نیروگاه اطمینان حاصل کند. در عین حال، فناوری تغییر نقطه خنثی موقعیت نقطه خنثی را تنظیم می کند تا ولتاژ خروجی سه فاز متعادل را حفظ کند و استفاده از ولتاژ خروجی را به حداکثر برساند.

5.4 شناسایی ارتعاش پیچشی و فناوری سرکوب فعال

عملکرد کمپرسور پرقدرت با درایوهای فرکانس متغیر مستعد تأثیرات هارمونیک است که می تواند ارتعاش پیچشی شفت را القا کند. لرزش طولانی مدت می تواند باعث آسیب خستگی به سیستم شفت شود. Nancal Electric یک میز تست فیزیکی دو موتوره پشت به پشت برای تأیید تحریک ارتعاش پیچشی، شناسایی و روش‌های مختلف سرکوب ساخت، و در نهایت شناسایی ارتعاش پیچشی و فناوری سرکوب فعال را توسعه داد. این فناوری به سرکوب ارتعاش پیچشی فعال بر اساس اصل جبران میرایی الکتریکی، مناسب برای سناریوهای درایو تک موتوره و دو موتوره دست می یابد. می تواند به طور همزمان ارتعاشات پیچشی مرتبه اول و دوم را در تمام محدوده سرعت سرکوب کند. دامنه ارتعاش پیچشی اندازه‌گیری شده را می‌توان به یک سوم سطح پیش از سرکوب کاهش داد، که به طور قابل‌توجهی خطرات خستگی شفت را کاهش می‌دهد و عملکرد طولانی‌مدت ایمن و پایدار واحد کمپرسور را تضمین می‌کند..

علاوه بر این، درایو ولتاژ پایین (LVRT)، مدیریت پیش آگهی و سلامت (PHM)، ثبت شکل موج خطا در زمان واقعی، نظارت بر وضعیت آنلاین، و سایر عملکردها را ادغام می کند، که به طور کامل با شرایط عملیاتی پیچیده صنعت پتروشیمی و الزامات تولید مستمر کارخانه های اتیلن سازگار است.

6. تأیید در محل

پس از تکمیل آزمایش‌های نوع شرایط عملیاتی کامل در کارخانه، درایو ولتاژ متوسط ​​این پروژه تحت راه‌اندازی یکپارچه‌سازی سیستم، آزمایش اتصال به شبکه و بارگذاری و تأیید عملکرد در سایت پروژه اتیلن فاز دوم پتروچاینا دوشانزی تاریم 1.2 میلیون تن در سال قرار گرفت. کل فرآیند دقیقاً از مشخصات ایمنی کارخانه پتروشیمی و الزامات فرآیند پیروی می کرد، با موفقیت کامل روشن شدن، راه اندازی بدون بار، عملیات آزمایشی بار، تأیید کامل سوئیچینگ در حالت آماده به کار درایو، و سایر مراحل حیاتی..

تأیید در محل بر عملکرد سوئیچینگ درایو اصلی در حالت آماده به کار متمرکز شده است. زمان تعویض از درایو اصلی معیوب به درایو آماده به کار کمتر از 200 میلی ثانیه بود . در طول فرآیند سوئیچینگ، سرعت موتور بدون ضربه ثابت ماند و به طور کامل نیازهای فرآیند تولید مداوم کارخانه های اتیلن را برآورده کرد. سوئیچینگ سیستم کنترل اصلی، بای پس سریع سلول قدرت و سایر عملکردها همگی تحت شرایط عملیاتی واقعی تأیید شدند. درایو کامل به طور پایدار با پاسخ سریع کار می کرد.

شکل زیر شکل موج اندازه گیری شده تغییر درایو اصلی در محل به درایو آماده به کار را نشان می دهد که به صورت بصری ویژگی های عملیاتی کل فرآیند سوئیچینگ را نشان می دهد.

شکل 5: شکل موج اندازه گیری شده سوئیچینگ درایو در حالت آماده به کار اصلی

7. ارزش کاربرد و اهمیت صنعت

اولین درایو ولتاژ متوسط ​​چین برای واحد سه ماشینی اتیلن کاملاً الکتریکی برای این پروژه، بزرگترین درایو است که تا به حال برای واحدهای کمپرسور الکتریکی اتیلن در صنعت عرضه شده است . در مقایسه با راه‌حل‌های درایو بخار سنتی، کارخانه کامل فضای کمتری را اشغال می‌کند، معماری سیستم ساده‌تری دارد و راه‌اندازی ایمن‌تر، راحت‌تر و عملیات و نگهداری معمولی را ارائه می‌دهد. مصرف کلی انرژی آن به سطوح معیار صنعت می رسد و در عین حال امکان ادغام برق سبز را نیز فراهم می کند و مسیری قابل تکرار برای انتقال سبز صنعت پتروشیمی از 'بخار به برق' فراهم می کند.

مهمتر از آن، این راه حل انحصار طولانی مدت فناوری خارجی را می شکند و تجربه مهندسی کاملا بومی، قابل اجرا و مقیاس پذیر را ایجاد می کند . می‌توان آن را هم برای پروژه‌های جدید اتیلن کلاس میلیون تنی و هم برای ارتقاء بهسازی واحدهای موجود اعمال کرد. این نه تنها مستقیماً کنترل مستقل تجهیزات کلیدی پتروشیمی را ترویج می‌کند، بلکه پشتیبانی محکمی برای تضمین امنیت صنعت انرژی و زنجیره تأمین فراهم می‌کند.

با این به عنوان یک نقطه شروع جدید، Nancal Electric به تعمیق حضور خود در بخش پتروشیمی ادامه خواهد داد و به ارتقای سبز و کم کربن صنعت با راه حل های درایو فرکانس متغیر با قابلیت اطمینان بالا قدرت می بخشد.