楊文戈（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)煉化公司,陜西 延安 727406）

變頻器節(jié)電精確測(cè)定及其在石化企業(yè)中的應(yīng)用

楊文戈
（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)煉化公司,陜西 延安 727406）

摘 要:詳細(xì)研究測(cè)量變頻器在相同工況下,使用變頻器與使用調(diào)節(jié)閥控制流量的節(jié)能效果,調(diào)研了在石化企業(yè)同類裝置中變頻器的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:變頻器;節(jié)能;測(cè)定;應(yīng)用

1 引言

變頻技術(shù)發(fā)展日趨完善，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，達(dá)到精準(zhǔn)控制等目的。目前化工企業(yè)的變頻器使用僅限于啟動(dòng)大功率機(jī)組、恒壓控制，極少在流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用，變頻器的節(jié)電效果也沒(méi)有做比較準(zhǔn)確的測(cè)量而得出數(shù)據(jù)。某石化廠在同一工況條件下，切換運(yùn)行變頻和工頻機(jī)泵，改變流量調(diào)節(jié)方式，比較其用電量，從而掌握節(jié)電效果。統(tǒng)計(jì)全廠變頻使用情況及各裝置大流量調(diào)節(jié)閥分布，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算，為今后推廣改造應(yīng)用變頻器提供依據(jù)。

2 變頻器的調(diào)速與節(jié)能原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通改變輸出頻率的裝置。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過(guò)程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。

由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。所隊(duì)當(dāng)所要求的流量Q減少時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率P將按三次方關(guān)系大幅度地降低，比調(diào)節(jié)擋板、閥門節(jié)能40%一50%，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用, 增提高了負(fù)載的功率因數(shù),減少了損耗。同時(shí),變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

3 某石化廠氣分裝置201-P-106泵和201-P-107泵應(yīng)用變頻與工頻節(jié)能對(duì)比分析

氣分201-P-106和201-P-107泵，Α泵都是工頻驅(qū)動(dòng)，B泵都是變頻驅(qū)動(dòng)，Α、B泵互為備用機(jī)泵，現(xiàn)對(duì)各泵的運(yùn)行情況及節(jié)能進(jìn)行對(duì)比、分析。

3.1 氣分201-P-106和201-P-107泵在同一工況下的運(yùn)行記錄

經(jīng)過(guò)三個(gè)月的測(cè)量統(tǒng)計(jì)，記錄氣分裝置201-P-106和201-P-107泵在同一工況下的運(yùn)行如表1234：

3.2 201-P-106和201-P-107工頻和變頻經(jīng)濟(jì)效益分析

表1、表2、表3、表4的數(shù)據(jù)是2013年測(cè)量統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，通過(guò)表1和表2對(duì)比，表3和表4對(duì)比，可以看出在同一工況條件下，使用變頻調(diào)節(jié)和使用調(diào)節(jié)閥控制，機(jī)泵耗電量相差一半以上。其中工頻電機(jī)日平均耗電量4750度，變頻電機(jī)日平均耗電量2350度，為工頻日耗電量的一半。

按機(jī)泵年生產(chǎn)運(yùn)行8000小時(shí)，電費(fèi)0.52元/度計(jì)算，工頻電機(jī)每年用電量4750*（8000/24）≈1583333(度)。

變頻電機(jī)每年用電量 2350*（8000/24）≈783333（度），則使用變頻電機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)為：（1583333-783333）*0.52=416000(元)。

全年運(yùn)行201-P-106B和201-P-107B變頻電機(jī)可節(jié)約電費(fèi)832000元。

另外這兩臺(tái)ΑBB ΑCS1000中壓變頻器每年的檢測(cè)、預(yù)防性維護(hù)費(fèi)用為8.5-10萬(wàn)元，備品備件費(fèi)用為每五年80-100萬(wàn)元，若備品備件未用，還可繼續(xù)留用。在五年的周期里，使用變頻器可節(jié)約費(fèi)用為：5*83.2-100-5*10=266（萬(wàn)元） 而且還可以減少對(duì)電機(jī)、調(diào)節(jié)閥的維修費(fèi)用。

從以上的對(duì)比分析可以看出，開(kāi)好201-P-106B和201-P-107B變頻器有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 某石化廠變頻器使用現(xiàn)狀分析

目前石化廠共使用中、低壓變頻器160多臺(tái)，中壓變頻器共4臺(tái)，所帶負(fù)載大多為風(fēng)機(jī)類負(fù)載，極少應(yīng)用在泵類負(fù)載，使用中也未能根據(jù)負(fù)荷變化而調(diào)速，變頻器的作用遠(yuǎn)未發(fā)揮出來(lái)。

5 裝置部分機(jī)泵目前運(yùn)行現(xiàn)狀分析

經(jīng)過(guò)對(duì)石化廠各套裝置55KW以上使用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量的機(jī)泵進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)部分機(jī)泵存在很大的節(jié)電和降低費(fèi)用潛力。

在這些工頻運(yùn)行的機(jī)泵中，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度大多數(shù)都低于50%，機(jī)泵的負(fù)荷低、運(yùn)行效率低，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，這樣將近一半的電能消耗在閥門阻力和管道阻力上。這是由于機(jī)泵的選型原則和設(shè)計(jì)誤差就決定了其配用的電機(jī)有很大的余量，同時(shí)加工任務(wù)的變化，通過(guò)傳統(tǒng)閥門調(diào)節(jié)流量和壓力讓機(jī)泵偏離額定工作點(diǎn)，大大的降低了機(jī)泵的運(yùn)行效率，耗電高、控制精度低，而石化行業(yè)許多大功率的設(shè)備啟動(dòng)一般都是通過(guò)直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和先關(guān)閉閥門，待機(jī)泵啟動(dòng)后再打開(kāi)閥門的方式，不管哪種方式，其對(duì)電網(wǎng)都有很大的沖擊，對(duì)閥門、管道的損害極大。

5.1 對(duì)這部分機(jī)泵進(jìn)行變頻改造后可達(dá)到的效果

（1）采用變頻器調(diào)節(jié)流量，可以節(jié)約電能。

（2）提高功率因數(shù)。普通電機(jī)的功率因數(shù)在0.8-0.85之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，使得功率因數(shù)COSФ≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

（3）實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小了電流沖擊。電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的(4-7)倍，而使用變頻器后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。

（4）提高控制精度，操作方便，減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

5.2 改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)聯(lián)合一各套裝置表5所列機(jī)泵、聯(lián)合二各套裝置表6所列機(jī)泵進(jìn)行變頻改造，節(jié)約電費(fèi)計(jì)算。因Α、B泵互為備用，則按Α、B泵其中之一計(jì)算，機(jī)泵年運(yùn)行時(shí)間按8000小時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行的功率因數(shù)為0.85，電費(fèi)0.52元/度，電機(jī)的運(yùn)行電流為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。根據(jù)氣分201-P-106和201-P-107統(tǒng)計(jì)測(cè)算結(jié)果，變頻電機(jī)的耗電量為工頻電機(jī)耗電量的一半。

表1 氣分201-P-106A電機(jī)運(yùn)行記錄

表2 氣分201-P-106B電機(jī)運(yùn)行記錄

表3 氣分201-P-107A電機(jī)運(yùn)行記錄

經(jīng)統(tǒng)計(jì),裝置機(jī)泵電機(jī)總功率為：2135+387+177+557=3256KW

W=Pt=3256*8000=26048000（度）

全年消耗電費(fèi)：26048000*0.52=13544960（元）

若改造為變頻運(yùn)行，全年消耗電費(fèi)為工頻運(yùn)行電費(fèi)的一半，即全年可節(jié)約電費(fèi)677.25萬(wàn)元（未扣除變頻器的維護(hù)費(fèi)、備品備件費(fèi)用）。

另外，變頻改造后，可以減少對(duì)電機(jī)、調(diào)節(jié)閥的磨損，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。

6 結(jié)語(yǔ)

從變頻器在石化廠氣的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，變頻器的節(jié)能效果是很明顯的，并能平穩(wěn)調(diào)速、精確控制，同時(shí)方便操作，易于維護(hù)，節(jié)約了運(yùn)行成本，提高了工作效率。從石化廠裝置用調(diào)節(jié)閥控制流量的情況看，用變頻器代替調(diào)節(jié)閥控制，將節(jié)約大筆的電費(fèi)開(kāi)支，經(jīng)濟(jì)效益可觀，值得在石化企業(yè)生產(chǎn)裝置中廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉強(qiáng).變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用[D].冶金出版社,2004.

[2]周志敏.ABB變頻器工程應(yīng)用與故障處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[3]ACS1000用戶手冊(cè)[K].北京市ABB電氣技術(shù)有限公司.

作者簡(jiǎn)介：楊文戈(1966-)，男，陜西黃陵人，碩士研究生，研究方向：電氣。