林釩

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

1 引言

中小型化工廠在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中往往會(huì)消耗大量的能源，特別是以儲(chǔ)油和化工為主要功能的中小型化工廠，電能的消耗在其日常經(jīng)營(yíng)開(kāi)銷總額中占據(jù)的比例比較大，這已成為中小型化工廠高度關(guān)注的重要內(nèi)容。

2 工程概況

某中小型化工廠項(xiàng)目，主要集中在化工、油庫(kù)儲(chǔ)油這兩個(gè)功能方面?；づc油庫(kù)儲(chǔ)油都是高危作業(yè)環(huán)境，因相關(guān)變電所嚴(yán)禁設(shè)置在危險(xiǎn)區(qū)以內(nèi)，這導(dǎo)致該中小型化工廠需配備的低壓配電線路距離比較長(zhǎng)。

鑒于這一情況，從機(jī)械設(shè)備負(fù)荷性質(zhì)分析，該中小型化工廠大部分化工裝置基本上處于連續(xù)性負(fù)荷狀態(tài)（持續(xù)性運(yùn)行時(shí)間都超過(guò)了5 000 h）。此外，由于化工廠電氣設(shè)備數(shù)量多且耗電量大，因此，使用低壓電纜線路供電已無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)性原則。

3 低壓配電線路的節(jié)能方案

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行供配電設(shè)計(jì)要求，對(duì)于低壓電纜配電線路，應(yīng)為其配備阻容比較小、線路不宜過(guò)長(zhǎng)、導(dǎo)線截面面積較大的纜線。換言之，在選擇導(dǎo)體截面時(shí)，可以低壓電纜配電線路本身的發(fā)熱情況作為適當(dāng)?shù)膮⒄諛?biāo)準(zhǔn)[1]。通常情況下，經(jīng)濟(jì)電流密度的具體情況可以參照表1。

表1 規(guī)定導(dǎo)線和電纜經(jīng)濟(jì)電流密度值

因配電線路自身存在一定的電阻，所以，如果有電流經(jīng)過(guò)，就會(huì)隨之自動(dòng)在功率方面發(fā)生損耗。具體表達(dá)式見(jiàn)式（1）。

式中，ΔP為三相電的實(shí)際功率損耗，kW；I為線路電流，A；R為線路自身的電阻值，Ω。

當(dāng)線路的電阻R在電流經(jīng)過(guò)時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)情況下，如果線路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，那么該電阻值也會(huì)對(duì)應(yīng)地增大。假若在一個(gè)工程項(xiàng)目?jī)?nèi)，如果線路出現(xiàn)上下交叉且數(shù)量龐大情況時(shí)，就會(huì)造成大規(guī)模電能損失。針對(duì)此，為有效控制電能損耗量，應(yīng)減短線路的長(zhǎng)度。在實(shí)踐過(guò)程中，由于線路中電流一般都處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，要降低線路損耗就必須減小線路自身的電阻值。通常情況下，降低線路的電阻值應(yīng)該著重關(guān)注以下內(nèi)容：

1）對(duì)電纜線的選擇，要盡量首選銅芯電纜線，其次是鋁芯電纜線，原則是在經(jīng)濟(jì)條件許可情況下選擇電阻率相對(duì)較小的導(dǎo)線。

2）合理設(shè)計(jì)電纜線的鋪設(shè)路線，從而盡量減小電纜線的長(zhǎng)度。對(duì)此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能地優(yōu)先選擇直線鋪設(shè)。

3）在條件許可的情況下，適當(dāng)?shù)剡x擇截面面積大一些的導(dǎo)線。該措施主要針對(duì)的是需長(zhǎng)期負(fù)載的電纜線，從而在有效提高作業(yè)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，對(duì)線路更好地起到保護(hù)作用。

4 工廠照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

由于工業(yè)生產(chǎn)用的加工場(chǎng)地是根據(jù)不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)的生產(chǎn)廠房，大部分廠房結(jié)構(gòu)高度會(huì)相對(duì)較高。通常內(nèi)部懸掛的照明燈雖然照明要求不同，但也變化不大?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)的加工場(chǎng)所，對(duì)照明對(duì)象的識(shí)別往往存在一定特殊性，所以，必須要保證照明方式的合理性。具體表現(xiàn)為：為保證照明高質(zhì)量，要考慮到光源種類、光效以及顯色指數(shù)等指標(biāo)。

4.1 節(jié)能光源

在選擇照明光源的過(guò)程中，必須按照我國(guó)現(xiàn)行管理規(guī)定以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，面對(duì)不同運(yùn)用場(chǎng)景要選擇與之相對(duì)應(yīng)的光源。照明光源的光效指標(biāo)，必須要符合HJ 2518—2012《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 照明光源》規(guī)范要求。這可以為達(dá)到科學(xué)合理的節(jié)能效果提供保障。各種常用光源光效技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 常用光源光效技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于中小型化工廠廠房照明來(lái)說(shuō)，由于其空間高度多數(shù)≥4.5 m，綜合表2信息，由于金屬鹵化物燈在發(fā)光光效、顯色指數(shù)、壽命等方面指標(biāo)均具有優(yōu)勢(shì)，因此，應(yīng)優(yōu)先選擇使用金屬鹵化物燈。

4.2 節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器

應(yīng)推廣低損耗、高性能電子附件。以金屬鹵化物燈為例，其應(yīng)配備節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器，這是因?yàn)槠錃怏w釋放光效系數(shù)相對(duì)較低，所以應(yīng)該采取補(bǔ)償措施（一般都會(huì)將燈具功率系數(shù)提升至0.9以上）。

節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器功效以及降低能耗的效果會(huì)明顯超過(guò)電感鎮(zhèn)流器，雖然目前節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器普遍存在生命周期短、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，但這些特點(diǎn)對(duì)其整體性能發(fā)揮影響不大，且能夠在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下被相應(yīng)地優(yōu)化。不難預(yù)見(jiàn)的是，節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器技術(shù)在未來(lái)將會(huì)得到大幅提高。

4.3 節(jié)能照明設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)廠房環(huán)境照明設(shè)備時(shí)，必須充分了解場(chǎng)所內(nèi)部環(huán)境以及場(chǎng)所對(duì)于照明的需求，不僅要顧及照明設(shè)備照射的均勻性，而且應(yīng)嚴(yán)格按照工藝合理性來(lái)布置燈具。通常，廠房?jī)?nèi)的照明系統(tǒng)都會(huì)采用混合式照明。這既能滿足基本照明需求，又能滿足特殊區(qū)域照明需求，從而規(guī)避照明亮度不均勻的弊端。不僅如此，可在設(shè)計(jì)時(shí)最大限度地利用自然光來(lái)降低廠房的照明成本。即建設(shè)廠房過(guò)程中，可以盡量為外墻配備大面積窗口，以便光線能夠從多個(gè)角度照射至廠房?jī)?nèi)部。

除此之外，在對(duì)廠房照明系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)階段，還可以采取以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能：

1）為兼顧照明系統(tǒng)控制問(wèn)題，可采用分區(qū)照明方式予以控制，即在廠區(qū)內(nèi)部設(shè)立多個(gè)控制開(kāi)關(guān)，且每個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)控制4～6盞燈具；與此同時(shí)，還應(yīng)該設(shè)置半夜燈、全夜燈。

2）合理選擇供電方式與線路。一般照明線路大約會(huì)損耗傳輸電能總量的4%，加上導(dǎo)線截面與供電方式會(huì)對(duì)線路損耗造成影響，實(shí)際中這一數(shù)字可能還要大。對(duì)此，針對(duì)不同供電方式對(duì)線路損耗所造成影響表現(xiàn)出的差異性，可采取“三相電四線制”方式來(lái)進(jìn)行供電。

4.4 提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)

在改進(jìn)電壓質(zhì)量方面，可通過(guò)在合適范圍內(nèi)提高系統(tǒng)功率因數(shù)這一方式來(lái)解決。該方式能夠在降低線路傳輸無(wú)用功的同時(shí)，進(jìn)一步提升用電設(shè)備效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。就中小型化工廠而言，如何提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為開(kāi)拓自身發(fā)展途徑的重要課題之一。對(duì)此，可采取2項(xiàng)措施：

1）提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)原理在于不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，并降低用電設(shè)備無(wú)功功率來(lái)減少負(fù)載。該方法避免了投資的增加，具有較理想的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)此，可采用3個(gè)方法：（1）使用同步電機(jī)或異步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行；（2）為避免設(shè)備處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，需保證變壓器與電機(jī)在使用過(guò)程中的合理性；（3）規(guī)定檢修頻率以保證異步電機(jī)檢修質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)等。

2）僅依靠提高自然功率因數(shù)這一方式，已不能滿足中小型化工廠關(guān)于功率因數(shù)的要求，故而中小型化工廠還需裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。

4.5 降低高次諧波

產(chǎn)生高次諧波根源在于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性。具體來(lái)說(shuō)，即加在電力系統(tǒng)上的電壓以及該電壓所產(chǎn)生電流，不成線性的正比關(guān)系而產(chǎn)生波形畸變。正因如此，高次諧波是會(huì)危害電能質(zhì)量的重要因素之一，所以，必須要采取對(duì)應(yīng)限制措施：

1）變壓器采用△/Y接線，這能夠消除整數(shù)倍的高次諧波；

2）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)；

3）使用無(wú)諧波污染綠色變頻器；

4）使用無(wú)源濾波器或有源濾波器。

需注意的是，現(xiàn)階段我國(guó)中小型化工廠在諧波治理工作上，很大一部分企業(yè)都處于起步狀態(tài)，在這方面投入不足、重視不夠，因此，諧波治理工作在各方面都有待提高。

4.6 其他節(jié)能方式

除上述方式外，還可以采取其他節(jié)能方式：

1）規(guī)定并完善對(duì)于單位產(chǎn)品耗電定額設(shè)置。對(duì)此，設(shè)定內(nèi)容需包含綜合、生產(chǎn)每一環(huán)節(jié)、每道工序、每個(gè)裝置的用電單耗。

2）將電氣節(jié)能規(guī)定為生產(chǎn)過(guò)程中必須貫徹執(zhí)行的重要原則，以便在設(shè)計(jì)階段就著手對(duì)于能源利用效率加以重點(diǎn)考慮，以到達(dá)降低能源消費(fèi)的目的。

3）通過(guò)科學(xué)管理設(shè)備來(lái)降低能耗。

5 變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器的額定容量必須要高標(biāo)準(zhǔn)地滿足用電荷載要求。在該過(guò)程中，必須嚴(yán)禁變壓器長(zhǎng)時(shí)間處于負(fù)載狀態(tài)。嚴(yán)格意義上講，變壓器的常規(guī)性負(fù)載，應(yīng)該是控制在其自身額定容量的60%，這是變壓器所能夠承受的最大工作效率。如果采用強(qiáng)制性手段來(lái)調(diào)大變壓器負(fù)載，很容易發(fā)生“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不但會(huì)導(dǎo)致變壓器無(wú)法發(fā)揮出自身最大的效能，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行效率降低，這實(shí)際是一種浪費(fèi)行為。所以，假若無(wú)法按照最佳負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么就應(yīng)該按照把變壓器負(fù)載控制在75%～85%這一方式來(lái)予以解決。

提高變壓器的功率因數(shù)，能夠降低線路在無(wú)功率狀態(tài)下的損耗量，這樣也能夠達(dá)到節(jié)能的效果。一般而言，在提升變壓器功率因數(shù)時(shí)所采用的常規(guī)性措施主要包括：提升電氣設(shè)備的功率因數(shù)、人工主動(dòng)無(wú)功率進(jìn)行補(bǔ)償或是降低無(wú)功損耗。

根據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，目前我國(guó)市場(chǎng)上流通著大量節(jié)能型變壓器產(chǎn)品，而部分產(chǎn)品缺乏正規(guī)合格的說(shuō)明，是無(wú)法在真正意義上達(dá)到節(jié)能效果的。由此可見(jiàn)，中小型化工廠在采購(gòu)節(jié)能型變壓器時(shí)，一定要嚴(yán)格檢測(cè)相關(guān)質(zhì)量，從而有效保障所采購(gòu)的節(jié)能型變壓器能夠符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得了良好的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)于能源的消耗量也是與日俱增。但是，國(guó)家在向前發(fā)展過(guò)程中，必然會(huì)需要大量能源作為支撐，所以，在開(kāi)發(fā)新能源的過(guò)程中，還應(yīng)該兼顧節(jié)能減排的問(wèn)題。在中小型化工廠的電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要根據(jù)相關(guān)指標(biāo)來(lái)對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，以確保其在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中，能夠獲得持久的經(jīng)濟(jì)效益。