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化工新材料因其質(zhì)量更輕、性能更優(yōu)、功能性更強(qiáng)，一直是一個(gè)國(guó)家化工技術(shù)水平的重要體現(xiàn)，也是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。無(wú)論是汽車(chē)的輕量化、民用客機(jī)的大型化，還是電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展、人類(lèi)宇宙探索都離不開(kāi)化工新材料的身影。中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，對(duì)化工新材料的市場(chǎng)需求巨大，但產(chǎn)量和種類(lèi)卻難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)化工新材料產(chǎn)業(yè)消費(fèi)量約3488萬(wàn)噸，自給率為70.6%，其中，自給率最低的為高端聚烯烴，僅為45.3%。面對(duì)巨大的供需缺口，傳統(tǒng)化工企業(yè)加快了轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐，并以高效節(jié)能的數(shù)字化和智能化裝備作為新動(dòng)能，推動(dòng)化工新材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。

某化工集團(tuán)是中國(guó)500強(qiáng)企業(yè)。歷經(jīng)50年的矢志創(chuàng)新，該集團(tuán)已發(fā)展成為主業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)鏈完整的綜合型化工企業(yè)集團(tuán)。為加速推進(jìn)由成本型競(jìng)爭(zhēng)向價(jià)值型競(jìng)爭(zhēng)的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，公司啟動(dòng)了第三次創(chuàng)業(yè)征程，培育產(chǎn)業(yè)新集群，建立化工新材料公司，并積極推動(dòng)碳三碳四綜合利用項(xiàng)目的建設(shè)，以全球領(lǐng)先的理念和高起點(diǎn)，向世界一流化工新材料企業(yè)的目標(biāo)邁進(jìn)。

作為該集團(tuán)第三次創(chuàng)業(yè)的龍頭項(xiàng)目，碳三碳四綜合利用項(xiàng)目分兩期建設(shè)，其中，前期工程投資約128億元，主要建設(shè)60萬(wàn)噸/年丙烷脫氫制丙烯裝置、80萬(wàn)噸/年丁烷異構(gòu)化裝置、30萬(wàn)噸/年環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)78萬(wàn)噸/年叔丁醇裝置、15萬(wàn)噸/年合成氨等裝置。項(xiàng)目全部采用全球先進(jìn)的工藝技術(shù)建設(shè)，尤其在能耗和資源消耗等指標(biāo)方面，力爭(zhēng)做到行業(yè)最優(yōu)。為此，該企業(yè)希望尋求更加綠色節(jié)能、安全可靠的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效和可持續(xù)性發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

挑戰(zhàn)

石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)也是耗能大戶(hù)，其主要生產(chǎn)工藝都是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)各類(lèi)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)來(lái)完成。在化工企業(yè)中，85%以上的電力消耗都源于交流電機(jī)，交流電機(jī)拖動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，多數(shù)的泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載功率的節(jié)能潛力巨大。實(shí)踐證明，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以減少電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵和閥門(mén)等設(shè)備的故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，而且節(jié)能效果顯著，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

但對(duì)于化工企業(yè)而言，尋求到合適的變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案卻并非易事。很多化工企業(yè)在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，變頻器產(chǎn)品存在諧波輸出大，波形不好，電機(jī)發(fā)熱量大等問(wèn)題，不能很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。而且，大多數(shù)變頻調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有旁路設(shè)計(jì)，維修時(shí)會(huì)導(dǎo)致停車(chē)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，對(duì)于以連續(xù)性生產(chǎn)為特點(diǎn)的化工行業(yè)，停車(chē)將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，該企業(yè)希望變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案能夠有效抑制諧波并具備旁路設(shè)計(jì)，以避免上述問(wèn)題的發(fā)生。

此外，在由基礎(chǔ)化工向新材料、新能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的同時(shí)，該化工集團(tuán)也正積極融入到新一輪數(shù)字化建設(shè)的浪潮中，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為公司新戰(zhàn)略的助推器。所以，該企業(yè)希望變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案具備數(shù)字化接口，并可融入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù)，為未來(lái)的數(shù)字化工廠建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

解決方案

憑借先進(jìn)的技術(shù)和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，羅克韋爾自動(dòng)化的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案獲得了客戶(hù)的青睞。針對(duì)客戶(hù)的各項(xiàng)需求，羅克韋爾自動(dòng)化為其量身定制了智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，涵蓋24臺(tái)PowerFlex6000交流變頻器、Allen‑Bradley®CompactLogixPLC、自動(dòng)旁路柜等。

PowerFlex系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備調(diào)速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)整定、高壓掉電恢復(fù)自動(dòng)重啟、旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)、系統(tǒng)狀態(tài)變量的實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控，以及完善的電機(jī)和變頻器保護(hù)功能，保證設(shè)備的連續(xù)可靠運(yùn)行。為了最大限度地縮短高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝的施工周期，系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計(jì)的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜等所有部件及內(nèi)部連線，用戶(hù)只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號(hào)線即可。

在該項(xiàng)目中，PowerFlex6000變頻器輸入電壓為10kV，輸出電壓為0~10kV，內(nèi)置輸入變壓器和多脈沖整流可有效抑制輸入側(cè)諧波,變頻器的輸入可直接接入電網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。逆變器的輸出為近似正弦的電壓和電流波形，變頻器的輸出可以直接接10kV電機(jī)，電機(jī)不需作任何改動(dòng)。

變頻器控制系統(tǒng)的可編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，并反饋?zhàn)冾l裝置的主要狀態(tài)信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制。同時(shí)，可以根據(jù)用戶(hù)的需要擴(kuò)展控制開(kāi)關(guān)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出、模擬量的輸入和輸出均有一定的備用。

為支持企業(yè)的數(shù)字化和智能化工廠建設(shè)，變頻調(diào)速系統(tǒng)采用了靈活的可編程數(shù)字量和模擬量接口，可與DCS直接連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的完善結(jié)合。PowerFlex系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，并可進(jìn)行啟動(dòng)、停車(chē)、急停、復(fù)位、設(shè)定運(yùn)行頻率、參數(shù)刷新、查看故障記錄等控制操作，一臺(tái)上位機(jī)可監(jiān)控多臺(tái)下位變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行。同時(shí)，用戶(hù)可在異地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可與羅克韋爾自動(dòng)化的ROCKii智能運(yùn)維平臺(tái)解決方案無(wú)縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工廠的遠(yuǎn)程智能運(yùn)維，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能工廠奠定良好的基礎(chǔ)。

效果

走可持續(xù)發(fā)展之路，創(chuàng)建中國(guó)一流的綠色化工企業(yè)，一直是該化工集團(tuán)秉持的發(fā)展理念。在羅克韋爾自動(dòng)化變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案和其他先進(jìn)工藝的共同助力下，新項(xiàng)目建成后，企業(yè)的能耗、資源消耗等指標(biāo)將遠(yuǎn)低于行業(yè)平均水平，符合國(guó)家最新環(huán)保及綜合利用政策的要求，實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的生產(chǎn)目標(biāo)。

作為該化工集團(tuán)實(shí)現(xiàn)基業(yè)長(zhǎng)青的基石，碳三碳四綜合利用項(xiàng)目將為企業(yè)實(shí)現(xiàn)世界中高端功能化學(xué)品、新材料和新能源供應(yīng)商的戰(zhàn)略目標(biāo)奠定基礎(chǔ)，更將鞏固北海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)成為世界高端化工新材料產(chǎn)業(yè)基地的地位。一期項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值約118億元，利稅32.3億元，同時(shí)能創(chuàng)造直接就業(yè)崗位千余個(gè)，間接帶動(dòng)就業(yè)3000人以上。

該企業(yè)對(duì)羅克韋爾自動(dòng)化的產(chǎn)品和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)給予了高度的評(píng)價(jià)：“羅克韋爾自動(dòng)化是全球優(yōu)秀的自動(dòng)化和數(shù)字化產(chǎn)品供貨商，產(chǎn)品性能可靠，業(yè)績(jī)豐富。相信通過(guò)應(yīng)用羅克韋爾自動(dòng)化的變頻器產(chǎn)品，一定會(huì)助力碳三碳四綜合利用項(xiàng)目的能耗和資源消耗等指標(biāo)的達(dá)成，為企業(yè)帶來(lái)巨大的技術(shù)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。”

化工新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與高質(zhì)量發(fā)展，不僅是石化強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵內(nèi)容，也是制造強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵所在。展望可期的未來(lái)，羅克韋爾自動(dòng)化愿攜手化工企業(yè)，通過(guò)安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的數(shù)字化和智能化解決方案，賦能企業(yè)在新機(jī)遇下實(shí)現(xiàn)騰飛。

小羅有話說(shuō)

化工新材料作為一個(gè)國(guó)家化工技術(shù)水平的重要體現(xiàn)， 市場(chǎng)需求量巨大，傳統(tǒng)化工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)已迫在眉睫。羅克韋爾自動(dòng)化為化工企業(yè)提供綠色節(jié)能、安全可靠的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，為未來(lái)數(shù)字化工廠奠定基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，更快、更靈活的智能運(yùn)維，帶動(dòng)企業(yè)發(fā)展。