EVA装置二次压缩机电机的选型

李 晖

(中国石化上海石油化工股份有限公司物资供应公司，200540)

EVA装置二次压缩机电机的选型

李 晖

(中国石化上海石油化工股份有限公司物资供应公司，200540)

通过乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)装置二次压缩机对电机功率和转速的了解和掌握，对同步电动机和异步电动机的结构、起动性能、功率因数各方面进行分析比较，找出同步电动机在低转速、大功率应用上的优势，并提出电机选型的依据，为项目建成后运行提供保障。

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 二次压缩机 同步电动机 异步电动机 功率

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate，简称EVA或E/VAC)，是由乙烯和乙酸乙烯共聚而制得。EVA装置工艺流程是将新鲜原料乙烯和来自分离器的反应循环气，经一级压缩机和二次压缩机(高压压缩机)压缩升压至约245 MPa送到釜式反应器，在整个过程中二次压缩机的作用显得尤为关键和重要，为保证安全可靠的运行，在选择驱动压缩机的电机时，重要性就更加突出。

1 EVA装置二次压缩机电机选择的要求

中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)电网的短路容量相对较小，因此需要电机满足启动时对电网的冲击小的要求。结合工艺要求，上海石化EVA装置的往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机，它是周期性的压缩过程，转速低，排气量不连续，负载特性变化大。对于压缩机的驱动电机来说，负载变化比较大。二次压缩机选用的电动机，要求转速为200 rpm，电机功率16 MW左右，电机启动性能好，受电网的影响小。

2 电机类型分析

2.1 同步电机与异步电机对比

(1)电机容量

在电机容量上，同步电动机理论上容量不受限制，目前已有产品达40 MW，制造能力可达50 MW；而异步电动机容量上受到限制，最大容量小于同步电动机，目前已有产品达28 MW，制造能力达30 MW。

(2)极数

电机的极对数(P)越多，电机的转速就越低，但它的扭距就越大。在转速与极数上，同步电动机转速必须始终保持同步，转速恒定，不随负载大小而改变，极数为2～80 P。而异步电动机无严格的转速要求，转速随负载大小会有所变化，极数范围一般为2～16 P，最大不会超过24 P。对要求低转速，而且转速恒定的使用场所，同步电机显示出巨大的优势。

(3)运行稳定性

在运行稳定性上，由于同步电动机转矩随端电压的一次方成正比变化，受电网影响小，过载能力大，当电网电压波动或电机过载时，励磁系统一般都能自动调节，实行强励来保证电机运行稳定性。而异步电机转矩与端电压的二次方成正比变化关系，电机过载能力比同步电机小，当电网电压波动或电机过载时，无调节功能，有可能处于不稳定运行状态。

(4)运行效率

在运行效率方面，同步电机有较高的效率值，而异步电机比同步电机小些，极数大于10 P及以上的比同步的小得多。

(5)电机结构

与异步电动机一样，同步电动机也分定子和转子两大基本部分。按照结构形式，同步电动机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。旋转电枢式的电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上，这种结构在小型同步电机中得到一定的应用。对于高压、大型同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压要比电枢小很多，把主磁极装设在转子上，电刷和集电环或旋转整流器的负载大为减轻，工作条件得以改善，运行可靠性明显提高。目前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构。在旋转磁极式电机中，按照主极形式，又可分成隐极式和凸极式，隐极式转子做成圆柱形气隙均匀；凸极式转子有明显的凸出的磁极，气隙为不均匀。对于高速(3 000 rpm)同步电机，从转子机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑，采用励磁绕组分部于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。对于低速(1 000 rpm及以下)电机，转子的离心力较小，故采用制造较为简单、励磁绕组集中置放的凸极式结构较为合理。同步电机与异步电机结构对比见表1。

表1 同步电动机和异步电动机的结构比较

(6)启动方式

在许多应用场合，同步电动机的起动电流为满负载电流的3～4倍，甚至更低，相对异步电动机5～6倍的起动电流倍数而言，同步电动机对电网的冲击更小，这通常是选择同步电动机的主要原因。

同步电动机起动时，先使励磁绕组通过电阻短接，而后将定子绕组接入电网。依靠起动绕组的异步电磁转矩使电动机升速到接近同步转速的95%，再将励磁电流通入励磁绕组，建立主极磁场，即可依靠同步电磁转矩，将电动机转子牵入同步转速。同步电动机运行时可以通过调节励磁电流的大小来控制功率因数和无功补偿。

同步电动机有较高的起动转矩和较低的起动电流，而异步电动机有较低的起动转矩和较高的起动电流，如图1、图2所示。

异步电动机带离心式风机等离心负载起动时，关键点在额定转速的80%～90%，如图1所示，在这一点上电动机电磁转矩和负载转矩非常接近。异步电动机带满负载压缩机起动时非常困难，因为压缩机静止转矩非常大。

1-从上到下为启动电流;2-85%电压启动电流;3-电机电磁转矩；4-从上到下为启动转矩；5-85%电压启动转矩；6-电机负载转矩；I/In—电机启动电流与额定电流的比值;T/Tn—电机启动力矩与额定转矩的比值;N/Ns—电机启动转速与额定转速的比值

1-线电流；2-扭矩；3-负载转矩；I/In—电机启动电流与额定电流的比值；T/Tn—电机启动力矩与额定转矩的比值；N/Ns—电机启动转速与额定转速的比值

同步电动机起动时的关键点在电动机最小转矩上，如图1所示，设计时必须考虑在实际起动条件下最小转矩的10%裕量。对于满负载压缩机，同步电动机起动同样很困难。

(7)功率因数和无功补偿

在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦称作功率因素(cosΦ)。同步电动机是超前的cosΦ，cosΦ值可按指定进行设计，并可调节；电机运行时，有利于改善电网的cosΦ，同时cosΦ不随极数变化。

异步电动机是滞后的cosΦ，cosΦ值由计算确定，且不可调节；电机运行时，吸取电网无功励磁功率，使电网cosΦ变坏，同时cosΦ随极数的增加而变差。

电动机的线电流公式：IL=电机功率/(1.732×线电压×效率×cosΦ)，对于异步电动机而言，cosΦ低意味着线电流更大。电流更大带来电缆的尺寸和开关柜额定值的提高。从供配电系统投资成本的角度看，cosΦ指标很重要也非常关键。

异步电动机投运时，需配备无功补偿装置，来提高总的cosΦ。而同步电动机运行时可以将无功功率反馈给电网。大部分地方企业从电网接入电源时会按照cosΦ=0.9考核，低于改值会遭到到罚款电费，大于0.95小于1.0会奖励电费。从节能降耗与运行成本的角度看，无功补偿指标也很重要。

2.2 石油及天然气等领域低转速、大功率电动机的应用

在化学、石油、天然气行业有许多低转速、大功率同步电动机应用业绩，主要应用领域有加氢裂化装置的氢气压缩机(循环压缩机、补充压缩机)、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯装置的乙烯压缩机(一次压缩机、二次压缩机)、EVA装置的乙烯压缩机(一次压缩机、二次压缩机)等等。

常见用于石油、天然气工业的往复式压缩机的电动机设计，主要防爆类型有Ex p、Ex pz II T3、Ex nA，防爆等级有Class 1 Div 1和Class 1 Div 2，采用单轴承设计，直接在线起动或变频起动设计。

3 EVA装置二次压缩机电机的选型

综合考虑转速、功率、负载类型、效率、稳定性、结构等因素，分析了异步机和同步机在各方面的优缺点(见表2)，上海石化EVA装置二次压缩机电机最终选择了大功率低转速同步电动机。

最终本次项目布克哈德压缩机选用的同步电动机型号为AMZ2500SS30(直接在线起动设计)，性能指标如下：功率16 MW，电压10 kV，频率50 Hz，转速200 rpm，冷却CACW，防爆类型Ex p。

表2 同步电动机和异步电动机的选择比较

4 结语

二次压缩机是EVA装置的关键设备，而驱动它的电机选型尤其重要。电机的稳定运行直接影响了装置的安稳长满优，故在设备的前期管理阶段，由业主参与充分讨论、研究分析电机的选型设计，既可以选定适合实际需求的电机型号，也可以为今后电机使用、运行维护打下了良好的基础。

[1] 汤蕴璆.电机学[M].5版.北京：机械工业出版社，2014.

Type Selection of Electric Motor of Secondary Compressor in EVA Plant

Li Hui

(MaterialsSupplyCompany,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.200540)

Based on the knowledge of power and rotating speed of electric motor of secondary compressor in EVA plant,analysis and comparison was made on the structure,starting performance and power factors of synchronous motor and asynchronous motor,and the superiorities of asynchronous motor in applications of low rotating speed and high power.The basis for selection of motor type was raised to provide guarantee for operation of the project.

EVA,secondary compressor,synchronous motor,asynchronous motor,power

2015-05-04。

李晖，男，1971年出生，毕业于上海电力学院用电管理与监察专业，工程师，曾从事供用电管理工作18年，现从事物资公司电气采购工作。

1674-1099 (2015)03-0047-03

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