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1、項目背景介紹

氦氣，作為素有 “黃金氣體” 美譽的稀有資源，在高新技術(shù)、國防安全、醫(yī)療科研等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域起著不可替代的重要作用。然而，我國卻面臨著氦氣資源蘊藏量稀少、品質(zhì)欠佳以及開發(fā)利用難度頗大的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是在高精尖設(shè)備制造領(lǐng)域，對于高純度氦氣的需求極度依賴進(jìn)口。故而，攻克氦氣提取技術(shù)難題可謂迫在眉睫。

寧夏天利豐能源利用有限公司二期40萬噸/年液化天然氣（LNG）聯(lián)產(chǎn)100萬方高純氦氣項目在歷經(jīng)兩年緊張有序的建設(shè)后，如期機(jī)械竣工，并一次性開車成功，全面進(jìn)入試生產(chǎn)運行階段。作為國內(nèi)最大的單列LNG聯(lián)產(chǎn)高純氦氣一體化項目，總投資6.8億元，年新增銷售收入預(yù)計15億元，設(shè)計規(guī)模為日處理天然氣200萬方，年生產(chǎn)高純氦氣（5N）100萬方。

壓縮機(jī)在混合制冷循環(huán)液化流程中是不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于壓縮制冷劑，產(chǎn)生制冷量，為后續(xù)流程中各節(jié)流閥降壓降溫做好準(zhǔn)備。在混合冷劑制冷工藝中，冷劑壓縮機(jī)是最為核心的設(shè)備之一，用于加工大循環(huán)量冷劑，因而對設(shè)備的密封性有著極高的要求。

2、項目實施與應(yīng)用情況

本項目提氦裝置的原料氣為上游LNG裝置的閃蒸氣，粗氦提取單元采用混合冷劑+氮氣循環(huán)制冷工藝，提精采用液氮供冷的高壓冷凝+低溫吸附工藝。具有投資省、能耗低、運行維護(hù)及操作簡單等顯著優(yōu)勢，對緩解我國氦氣資源短缺問題起到積極作用，同時也為國家氦氣戰(zhàn)略性安全提供了有力保障。

為了達(dá)成這一目標(biāo)，寧夏天利豐能源選擇了希望森蘭提供的定制化10kV高-高電壓源型變頻裝置。采用了高壓同步并網(wǎng)無擾投切技術(shù)，實現(xiàn)了變頻至工頻的完全無擾動切換。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅優(yōu)化了壓縮機(jī)的運行曲線，實現(xiàn)了大型低溫裝備國產(chǎn)化、打破國外技術(shù)壁壘。同時，在保障了現(xiàn)有LNG工廠安全穩(wěn)定生產(chǎn)基礎(chǔ)上，提高了氦氣處理過程的高精度與高效率，還降低了運行成本，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性突破。

希望森蘭大功率高壓變頻裝置包括多繞組移相變壓器、功率單元柜、控制柜，其系統(tǒng)原理圖如下：

多繞組移相變壓器額定輸入電壓為10KV，具有24個輔助二次繞組，輔助繞組額定輸出電壓為690VAC，給24個功率單元供電；功率單元柜由24個功率單元組成，共分為三相，每相由8個功率單元組成，每個功率單元額定輸出電壓為722V，8個功率單元串聯(lián)，輸出最大相電壓為5774V，線電壓10000V；控制柜負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)24個功率單元波形輸出疊加以及相關(guān)保護(hù)及控制功能，具有遠(yuǎn)程控制接口，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動化控制需求。

超大功率高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)亮點：

（1）  電網(wǎng)側(cè)諧波小，輸入功率因數(shù)高

裝置內(nèi)部移相變壓器采用延邊三角形接法，可以保證系統(tǒng)在20%以上負(fù)載時電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)保持在0.96以上。

（2）  采用無速度傳感器矢量控制

起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%，為壓縮機(jī)類設(shè)備提供瞬間強(qiáng)大的啟動扭矩。變頻軟起裝置對電網(wǎng)電壓波動有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，即使電壓下降35%仍可降額運行。

（3）  輸出諧波小，無轉(zhuǎn)矩脈動和附加發(fā)熱

采用多重化正弦脈寬SVPWM，輸出電壓dv/dt小，失真度低，電流諧波含量少，不會損傷普通電機(jī)絕緣，避免了電動機(jī)額外發(fā)熱。

（4）  降低電機(jī)起動電流，起動過程無沖擊

提供多條起動曲線，起動時間由運行人員設(shè)定，可保證電動機(jī)安全運行并可延長其使用壽命。軟起動過程對電網(wǎng)不會產(chǎn)生沖擊電流，同時大大降低了電動機(jī)及其負(fù)載的機(jī)械磨損，節(jié)省了維護(hù)費用，提高生產(chǎn)連續(xù)性。

（5）  可靠性高，維護(hù)方便

采用大功率的IGBT功率模塊。IGBT模塊的驅(qū)動與過流保護(hù)采用專用電路，具有很高的可靠性。功率單元組件具有互換性，若出現(xiàn)故障，可在幾分鐘內(nèi)用簡單工具進(jìn)行更換維修。

3、效益分析

寧夏天利豐能源利用有限公司專注于清潔能源的開發(fā)與利用。近日，其 40 萬噸 / 年液化天然氣（LNG）聯(lián)產(chǎn)100萬立方米高純氦氣（99.999%）項目順利投入運行。項目采用“BOG膜分離+變壓吸附”常溫提取高純氦氣技術(shù)，為BOG提氦產(chǎn)業(yè)化推廣及助力保障國家氦氣資源戰(zhàn)略安全發(fā)揮了積極作用，有利于解決我國戰(zhàn)略氦資源短缺的“卡脖子”問題。

作為國內(nèi)規(guī)模最大的單列LNG聯(lián)產(chǎn)高純氦氣一體化項目，總投資達(dá)6.8億元，設(shè)計規(guī)模為每日處理天然氣200萬立方米，每年可生產(chǎn)高純氦氣（5N）100萬立方米。其設(shè)備為同類項目中最大的單條生產(chǎn)線，能耗較同行低約15%，每年可節(jié)約用電約3000萬度，成功解決了大功率電動機(jī)啟動時電流大、對電網(wǎng)和電機(jī)沖擊大的問題，其余各項性能指標(biāo)均處于國內(nèi)先進(jìn)水平。 

寧夏天利豐能源與希望森蘭的合作，不僅在提氦方面取得了重大突破，更為緩解國內(nèi)氦氣供需矛盾、保障國家高科技產(chǎn)業(yè)用氣安全作出了重要貢獻(xiàn)，同時也為全球能源轉(zhuǎn)型提供了寶貴的參考經(jīng)驗。