为化工新材料企业的绿色发展保驾护航

背景

化工新材料因其质量更轻、性能更优、功能性更强，一直是一个国家化工技术水平的重要体现，也是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础。无论是汽车的轻量化、民用客机的大型化，还是电子信息产业的飞速发展、人类宇宙探索都离不开化工新材料的身影。中国作为制造业大国，对化工新材料的市场需求巨大，但产量和种类却难以满足实际需求。据统计，2019年中国化工新材料产业消费量约3488万吨，自给率为70.6%，其中，自给率最低的为高端聚烯烃，仅为45.3%。面对巨大的供需缺口，传统化工企业加快了转型升级的步伐，并以高效节能的数字化和智能化装备作为新动能，推动化工新材料产业的高质量和可持续发展。

某化工集团是中国500强企业。历经50年的矢志创新，该集团已发展成为主业突出、产业链完整的综合型化工企业集团。为加速推进由成本型竞争向价值型竞争的转型战略，公司启动了第三次创业征程，培育产业新集群，建立化工新材料公司，并积极推动碳三碳四综合利用项目的建设，以全球领先的理念和高起点，向世界一流化工新材料企业的目标迈进。

作为该集团第三次创业的龙头项目，碳三碳四综合利用项目分两期建设，其中，前期工程投资约128亿元，主要建设60万吨/年丙烷脱氢制丙烯装置、80万吨/年丁烷异构化装置、30万吨/年环氧丙烷联产78万吨/年叔丁醇装置、15万吨/年合成氨等装置。项目全部采用全球先进的工艺技术建设，尤其在能耗和资源消耗等指标方面，力争做到行业最优。为此，该企业希望寻求更加绿色节能、安全可靠的智能变频调速系统解决方案，助力企业实现降本增效和可持续性发展，提高企业的经济效益和社会效益。

挑战

石油化工行业是国民经济发展的基础行业，同时也是耗能大户，其主要生产工艺都是通过电机带动各类泵、风机、压缩机来完成。在化工企业中，85%以上的电力消耗都源于交流电机，交流电机拖动水泵、风机类负载，多数的泵、风机负载功率的节能潜力巨大。实践证明，应用变频调速技术，不仅可以减少电机、风机、泵和阀门等设备的故障率，延长其使用寿命，而且节能效果显著，从而实现了电机、风机、泵类设备的经济运行。

但对于化工企业而言，寻求到合适的变频调速系统解决方案却并非易事。很多化工企业在应用中发现，变频器产品存在谐波输出大，波形不好，电机发热量大等问题，不能很好地实现节能目标。而且，大多数变频调速系统没有旁路设计，维修时会导致停车，影响生产的正常进行，对于以连续性生产为特点的化工行业，停车将造成巨大的经济损失。因此，该企业希望变频调速系统解决方案能够有效抑制谐波并具备旁路设计，以避免上述问题的发生。

此外，在由基础化工向新材料、新能源战略转型的同时，该化工集团也正积极融入到新一轮数字化建设的浪潮中，以数字化转型作为公司新战略的助推器。所以，该企业希望变频调速系统解决方案具备数字化接口，并可融入增强现实等新一代信息技术，为未来的数字化工厂建设奠定良好的基础。

解决方案

凭借先进的技术和丰富的应用经验，罗克韦尔自动化的智能变频调速系统解决方案获得了客户的青睐。针对客户的各项需求，罗克韦尔自动化为其量身定制了智能变频调速系统解决方案，涵盖24台PowerFlex6000交流变频器、Allen‑Bradley®CompactLogixPLC、自动旁路柜等。

PowerFlex系列高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对于风机、水泵等设备调速节能、改善生产工艺的迫切需要，可实现电机参数的自动整定、高压掉电恢复自动重启、旋转启动、系统状态变量的实时显示和监控，以及完善的电机和变频器保护功能，保证设备的连续可靠运行。为了最大限度地缩短高压变频调速系统安装的施工周期，系统采用了一体化设计的理念，包括变压器柜、功率柜、控制柜等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。

在该项目中，PowerFlex6000变频器输入电压为10kV，输出电压为0~10kV，内置输入变压器和多脉冲整流可有效抑制输入侧谐波,变频器的输入可直接接入电网进线开关。逆变器的输出为近似正弦的电压和电流波形，变频器的输出可以直接接10kV电机，电机不需作任何改动。

变频器控制系统的可编程控制器采用了高可靠性的Allen‑Bradley®CompactLogix系列PLC，支持RS485、Modbus-RTU、Profibus-DP、TCP/IP、DeviceNet等通信方式，并反馈变频装置的主要状态信号和故障报警信号，实现与现场控制系统的闭环控制。同时，可以根据用户的需要扩展控制开关量，增强了系统的灵活性。开关量的输入和输出、模拟量的输入和输出均有一定的备用。

为支持企业的数字化和智能化工厂建设，变频调速系统采用了灵活的可编程数字量和模拟量接口，可与DCS直接连接，实现设备与现场过程控制的完善结合。PowerFlex系列高压变频调速系统可以通过上位机进行实时状态监控，并可进行启动、停车、急停、复位、设定运行频率、参数刷新、查看故障记录等控制操作，一台上位机可监控多台下位变频调速系统的运行。同时，用户可在异地实现远程监控，并可与罗克韦尔自动化的ROCKii智能运维平台解决方案无缝结合，实现工厂的远程智能运维，为未来实现数字化智能工厂奠定良好的基础。

效果

走可持续发展之路，创建中国一流的绿色化工企业，一直是该化工集团秉持的发展理念。在罗克韦尔自动化变频调速系统解决方案和其他先进工艺的共同助力下，新项目建成后，企业的能耗、资源消耗等指标将远低于行业平均水平，符合国家最新环保及综合利用政策的要求，实现安全、环保、节能、高效的生产目标。

作为该化工集团实现基业长青的基石，碳三碳四综合利用项目将为企业实现世界中高端功能化学品、新材料和新能源供应商的战略目标奠定基础，更将巩固北海经济开发区成为世界高端化工新材料产业基地的地位。一期项目达产后可实现总产值约118亿元，利税32.3亿元，同时能创造直接就业岗位千余个，间接带动就业3000人以上。

该企业对罗克韦尔自动化的产品和项目团队给予了高度的评价：“罗克韦尔自动化是全球优秀的自动化和数字化产品供货商，产品性能可靠，业绩丰富。相信通过应用罗克韦尔自动化的变频器产品，一定会助力碳三碳四综合利用项目的能耗和资源消耗等指标的达成，为企业带来巨大的技术价值和商业价值。”

化工新材料产业的创新与高质量发展，不仅是石化强国的关键内容，也是制造强国的关键所在。展望可期的未来，罗克韦尔自动化愿携手化工企业，通过安全、环保、节能、高效的数字化和智能化解决方案，赋能企业在新机遇下实现腾飞。