王春輝

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

前言：作為國(guó)之命脈，石化產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了極為重要的貢獻(xiàn)，但不容忽視的是，在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的今天，石化產(chǎn)業(yè)的高能耗問(wèn)題仍然比較突出，傳統(tǒng)的石化生產(chǎn)業(yè)能源利用率低的問(wèn)題，也給企業(yè)造成一定的負(fù)擔(dān)，不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，阻礙碳達(dá)峰碳中和這一政治指標(biāo)的完成。

一、石化電氣設(shè)備和供電線路能耗現(xiàn)狀

（一）石化電氣設(shè)備能耗問(wèn)題

隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備被廣泛應(yīng)用于石化產(chǎn)業(yè)中，然而從我國(guó)石化行業(yè)的運(yùn)行現(xiàn)狀來(lái)看，能源消耗利用率不高的問(wèn)題突出明顯，其中主要包括了以下幾個(gè)方面的因素：

一是石油煉制生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、燃料油等工業(yè)能源材料的效率不高，這是由于石化產(chǎn)業(yè)的設(shè)備老舊，如脫硫爐、制氫爐等設(shè)備本身的生產(chǎn)效率低下，還極易受到供電線路不穩(wěn)定因素影響產(chǎn)量。

二是化工機(jī)械類設(shè)施選型不合適，近幾年由于我國(guó)采油煉油以及石油加工技術(shù)飛速發(fā)展，石化產(chǎn)業(yè)為了增加產(chǎn)能會(huì)選擇對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容。但由于化工機(jī)械類設(shè)備的造價(jià)成本過(guò)于高昂，無(wú)法全部拆除更換，只能在原有基礎(chǔ)上補(bǔ)充生產(chǎn)設(shè)備的方式來(lái)提高單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)效率，但在購(gòu)進(jìn)新型設(shè)備時(shí)，未考慮到設(shè)備功率與產(chǎn)能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，盲目選擇了高功率、高能耗的機(jī)械設(shè)備，容易造成“大馬拉小車(chē)”，造成嚴(yán)重的電能浪費(fèi)現(xiàn)象。

（二）石化供電線路能耗問(wèn)題

我國(guó)石化供配電網(wǎng)絡(luò)一般是由多條配電線路組成的，終端變電所放射成樹(shù)狀配電網(wǎng)從而形成了這些配電線路，供配電線路長(zhǎng)度一般在10km 以上，配電線路出口還裝有監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以監(jiān)測(cè)該線路的輸出功率、輸出電量等參數(shù)。

但這樣的供電系統(tǒng)顯然是存在許多的不合理能耗問(wèn)題的，一是線路老化與問(wèn)題，使整體配電系統(tǒng)的供電效率不高；二是供電設(shè)備的供電系統(tǒng)中線路過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致無(wú)功功率過(guò)高，導(dǎo)致石化生產(chǎn)的電網(wǎng)架構(gòu)中變電設(shè)備的功率因數(shù)過(guò)低。

二、石化電氣設(shè)備和供電線路能效優(yōu)化路徑探究

（一）優(yōu)化石化供配電線路布局

供電線路中普遍存在電阻，電阻過(guò)高也是石化電能損耗的重要原因之一，盡管石化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)單一線路對(duì)電能損耗較少，但其線路基數(shù)較大的事實(shí)仍然給電能損耗創(chuàng)造了條件。對(duì)供配電線路進(jìn)行布局優(yōu)化，不僅能節(jié)能提效，還可以減少線路運(yùn)行過(guò)程中隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)。注意實(shí)時(shí)監(jiān)控線路運(yùn)行情況。在對(duì)線路安裝聯(lián)絡(luò)點(diǎn)和分裝點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合供配電網(wǎng)用電負(fù)荷量、負(fù)荷性質(zhì)以及用電負(fù)荷增長(zhǎng)情況等因素進(jìn)行綜合考慮，從而提高供配電線路故障線路檢修效率。其次，應(yīng)當(dāng)對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度和橫截面積加以控制，供電半徑過(guò)長(zhǎng)會(huì)使電能在傳輸過(guò)程中遭受更多的電阻損耗，因此在布置時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷容量分布情況對(duì)供電半徑長(zhǎng)度加以控制，石化重點(diǎn)供電區(qū)域的線路總長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)小于5km，供電半徑應(yīng)當(dāng)控制在2～3km，供配電網(wǎng)中的主線路橫截面積應(yīng)當(dāng)大于70mm2，合理控制導(dǎo)線截面面積，可以在保持負(fù)荷電量不變的基礎(chǔ)上減小電阻。最后，還要注意對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的民用線路和油井線路布局進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如果存在交叉供電區(qū)域，配電線路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則需要具有一定的靈活性和自動(dòng)化程度。此外還需要定期對(duì)投入使用的各個(gè)石化生產(chǎn)設(shè)備的供電系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域調(diào)試，查找優(yōu)化線路老化、表皮絕緣層溫度異常、虛接不穩(wěn)的線路安裝問(wèn)題。

（二）在電網(wǎng)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)造成影響，這個(gè)時(shí)候投入電容裝置，可以提高系統(tǒng)電壓，調(diào)整系統(tǒng)功率因素，提升設(shè)備運(yùn)行效率。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)正是利用這一原理，操作人員在實(shí)際優(yōu)化工作中，通過(guò)將電容器安裝在10kV 或者6kV 系統(tǒng)中，電容器通過(guò)投入或切除操作來(lái)對(duì)線路進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而將線路中的功率因數(shù)維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。固定補(bǔ)償電容器和無(wú)功補(bǔ)償電容器是目前比較常用的兩種無(wú)功補(bǔ)償電容器，當(dāng)石化作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷變化幅度較小時(shí)，可以選用固定補(bǔ)償電容器，而當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷變化幅度較大時(shí)，則需要根據(jù)石化電網(wǎng)具體負(fù)荷情況和電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)選取并聯(lián)式電容器組進(jìn)行投切控制，在這個(gè)過(guò)程中需要注意配備避雷器和熔斷器等設(shè)備，否則過(guò)電流和過(guò)電壓很容易對(duì)電容器組造成傷害。此外，在配電線路中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，還要注意補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的選擇和補(bǔ)償容量的控制，結(jié)合公式進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，可以選擇在直線最大承受力距分割點(diǎn)安裝電容器。

（三）優(yōu)化石化電網(wǎng)調(diào)度方式

合理的、差異化的電網(wǎng)調(diào)度方式是石化電氣設(shè)備和供電線路節(jié)能優(yōu)化的重要途徑，工作人員在進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度方案制定時(shí)，一是可以采用“移峰填谷”的方式，對(duì)供電線路中的用電負(fù)荷進(jìn)行平衡。在種種因素的影響下，石化供電網(wǎng)絡(luò)的用電負(fù)荷常常在不同時(shí)間呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)，峰谷差較小時(shí)供電線路損耗能夠得到顯著降低。需要對(duì)2000kW 以上的高壓電機(jī)進(jìn)行連續(xù)啟動(dòng)時(shí)，就可以通過(guò)啟動(dòng)間隔時(shí)間來(lái)減少線路波動(dòng)負(fù)荷，高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間也應(yīng)挑選在用電負(fù)荷變化較為平緩的時(shí)間段，同時(shí)注意減少高壓電機(jī)試運(yùn)行的次數(shù)。二是要根據(jù)石化生產(chǎn)不同區(qū)域、不同單元，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行合理調(diào)度。

（四）優(yōu)化石化電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)

電氣設(shè)備是石化自動(dòng)化生產(chǎn)的主要組成部分，配備相應(yīng)裝置對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，采取措施提高電氣設(shè)備運(yùn)行效率都可以降低能耗，實(shí)現(xiàn)低電耗、高產(chǎn)量的目標(biāo)。對(duì)于電氣設(shè)備的優(yōu)化主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

一是對(duì)繼電接觸器進(jìn)行優(yōu)化。電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)帶載啟動(dòng)的情況，從而導(dǎo)致較大的慣性矩，針對(duì)這一情況，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)繼電接觸器進(jìn)行優(yōu)化，確保定子繞組程序順利進(jìn)行，結(jié)合三角形-星形[2]的繞組方式，實(shí)現(xiàn)輸入功率的降低。

二是應(yīng)用變頻調(diào)速器，將石化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所有的動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行分類區(qū)分，按工作性質(zhì)劃分為需長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行工作與間歇性運(yùn)行工作兩種模式。對(duì)間歇性工作性質(zhì)的動(dòng)力與熱工設(shè)備的負(fù)荷結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以一種用于分離石油不同密度液態(tài)的離心機(jī)為例，它在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的表達(dá)式可以寫(xiě)為n=60f（1-s）/p，其中異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n，異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率為f，而s 是它的運(yùn)作機(jī)轉(zhuǎn)的自差率，p 為電機(jī)極對(duì)。其中轉(zhuǎn)速n 與離心機(jī)電機(jī)的頻率為反比關(guān)系，而變頻調(diào)速器，就是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率進(jìn)行調(diào)節(jié)的。石化所選用的機(jī)械設(shè)備大多頻率都處在0-50Hz之間的范圍內(nèi)，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍就會(huì)非常大。離心機(jī)這一類動(dòng)力設(shè)備并不需要時(shí)刻保持滿功率運(yùn)行，當(dāng)離心機(jī)內(nèi)需要加工的石油量不多時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用自動(dòng)變頻調(diào)速器將其轉(zhuǎn)速調(diào)整在合適的檔位，減少設(shè)備空載運(yùn)行的幅度與時(shí)間。

三是要改善全系統(tǒng)的電壓分布，使整個(gè)石化的供電架構(gòu)的三相負(fù)載平衡，從而達(dá)到降低線損的目的。有功損耗可記作:P=I12*R1+I22*R2+I32*R3+I02*R0,其中I1-3分別為三相負(fù)載電流，而I0 為零序電流，R1-3 為三相負(fù)載電阻，R0 為中性線電阻。當(dāng)三相電流平衡時(shí)，I1=I2=I3，所以Pph（線損）=3I12RA,而當(dāng)三相不均衡時(shí)，以其中一項(xiàng)符合為零的情況為例，Pph2=2*(3I1/2)2R1+3I1/2)2R0，=2.25Pph。所以說(shuō)三相符合不平衡時(shí)，線損情況會(huì)極度增大，通過(guò)數(shù)值分析可以不平衡幅度越大，產(chǎn)生的線損就越多。石化生產(chǎn)實(shí)際中可能沒(méi)有辦法完全將三相負(fù)載完全調(diào)整到中性電流始終為0 的程度，但是需要對(duì)所有的用電設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)整，最大程度降低三相負(fù)載的不平衡程度。

（五）合理調(diào)整電網(wǎng)系統(tǒng)變壓器

石化變壓器容量設(shè)計(jì)一般會(huì)留出較大的裕度，以保證石化電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，但這種方式也降低了變壓器的負(fù)載率，容易出現(xiàn)容量浪費(fèi)和無(wú)功功率損耗增加等問(wèn)題，因此，在供電線路節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以用新型節(jié)能變壓器替代本身能耗較高的變壓器。在變壓器負(fù)荷優(yōu)化過(guò)程中，在距離合適、電動(dòng)機(jī)或熱機(jī)功率符合、變壓器容量允許的情況下，可以將兩臺(tái)動(dòng)力設(shè)備或熱工設(shè)備接入一臺(tái)變壓器進(jìn)行供電，降低變壓器自身?yè)p耗。特殊情況下，還可以對(duì)變壓器布局位置進(jìn)行合理改動(dòng)，縮短作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與變電站之間的距離，以減少由于配電線路迂回蜿蜒帶來(lái)的故障隱患，有效降低線損率。

（六）石化其他電力系統(tǒng)的優(yōu)化

除去供配電網(wǎng)本身能耗和電氣設(shè)備能耗，石化開(kāi)采過(guò)程中還有一些輔助施工的電力系統(tǒng)也可以采取相應(yīng)措施進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。比如現(xiàn)場(chǎng)照明系統(tǒng)，不同作業(yè)環(huán)境對(duì)光線的需求程度是不同的，照明系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是采取集中投放投光燈和泛光燈，減少燈具的采購(gòu)成本和電能的消耗，保證照明系統(tǒng)的亮度。二是可以選用智能照明柜，在不同時(shí)段對(duì)電壓質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，保證電壓穩(wěn)定，還可以配合時(shí)控器、光控器等裝置，在滿足石化的夜間作業(yè)需要的前提下，達(dá)成節(jié)能減排的目標(biāo)。對(duì)于燈具的選擇，也要格外注意節(jié)能功效，盡量兼顧顯色效果、光效以及產(chǎn)品質(zhì)量，鹵化物燈就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

結(jié)論：對(duì)電氣設(shè)備和供電線路進(jìn)行能效優(yōu)化可以顯著提高石化電網(wǎng)運(yùn)行效率，節(jié)省電力能源的消耗，促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。石化工作人員應(yīng)當(dāng)積極采取能耗優(yōu)化措施，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)供配電線路進(jìn)行合理布局、在電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)、優(yōu)化電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)調(diào)度方式等，全面提高電氣設(shè)備和供電線路的節(jié)能效果，促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。