摘要：電力節(jié)能裝置的科學應用是實現電氣節(jié)能技術減排目標的核心要素，其作用機制體現在設備運行效率的強化與配套工藝的節(jié)能改進。隨著當前\"雙碳\"戰(zhàn)略目標的推進，電氣節(jié)能技術的普及與應用已成為化工產業(yè)轉型的重要技術支撐。通過分析電氣節(jié)能技術在化工工程設計中的應用意義，重點研究電氣節(jié)能技術在化工工程設計方案中的實施路徑與技術整合方法，旨在增強化工項目的能源利用效率與環(huán)保特性，降低生產過程的電能消耗，助力企業(yè)達成節(jié)能減排指標。

關鍵詞：電氣節(jié)能技[A1]"術 化工工程設計 功率補償 熱回收系統

Exploration of the Application of Electrical Energy Saving Technology in Chemical Engineering Design

XU Bochang¹ "NIAN Xiaoyu² "SHAO Tingting³

1. Max （Rudong） Chemical Co.， Ltd. Hangzhou Branch， Hangzhou， Zhejiang Province， 310056 China; 2. Luzhou Dongfang Agrochemical Co.， Ltd. Hangzhou Branch， Hangzhou， Zhejiang Province， 310056 China; 3. Hangzhou Kangfengwei Technology Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Province， 310051 China

Abstract： The scientific application of power energy-saving devices is a core element in achieving the emission reduction goals of electrical energy-saving technology， and its mechanism of action is reflected in the strengthening of equipment operating efficiency and the energy-saving improvement of supporting processes. With the advancement of the current \"dual carbon\" strategic goals， the popularization and application of electrical energy-saving technology have become important technical support for the transformation of the chemical industry. By analyzing the application significance of electrical energy-saving technology in chemical engineering design， this study focuses on the implementation path and technical integration methods of electrical energy-saving technology in chemical engineering design schemes， aiming to enhance the energy utilization efficiency and environmental protection characteristics of chemical projects， reduce the electricity consumption in the production process， and help enterprises achieve energy-saving and emission reduction targets.

Key Words： Electrical energy-saving technology; Chemical engineering design; Power compensation; Heat recovery system

電能作為支撐國民經濟發(fā)展的基礎能源，其在化工工程設計中的不合理使用，已成為制約化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵瓶頸。前人在電氣節(jié)能技術領域已展開諸多探索，并取得了一定的研究成果，如部分節(jié)能設備的研發(fā)與應用，但仍存在技術應用范圍有限、節(jié)能方案與化工工程適配性不足等問題。本文旨在深入探究電氣節(jié)能技術在化工工程設計中的應用策略，以化工工程設計的實際需求為導向，通過理論分析、案例研究等方法，剖析現有技術應用難點，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能技術應用方案，期望為化工行業(yè)降低能耗、提升能效提供新思路，助力化工行業(yè)實現綠色、可持續(xù)發(fā)展。

1 化工工程設計中電氣節(jié)能技術應用的意義

1.1 優(yōu)化能源管理體系，強化能效控制

近年來，新能源技術的開發(fā)應用取得顯著進展，但在化工等基礎工業(yè)領域，傳統能源仍占據主導地位。受制于新能源技術應用場景的局限性，化工企業(yè)亟須構建新型電力管理模式。通過系統化提升電能轉化效率、精準控制電力損耗、保障設備運行穩(wěn)定性等綜合措施，實現能源消耗的精細化管理。重點推進電力系統技術改造，實施電網架構優(yōu)化、智能照明升級、工藝設備能效提升等專項工程，可以顯著提高全流程能源利用效率降低單位產值能耗指標，優(yōu)化生產要素配置結構，契合國際社會對低碳經濟發(fā)展的要求^[1]。

1.2 構建低碳生產體系，踐行綠色發(fā)展理念

面對能源消費總量控制的剛性約束，化工行業(yè)作為重點用能領域，必須建立資源集約型生產模式。通過深化電氣節(jié)能技術的集成應用，加大技術研發(fā)投入力度，重點突破關鍵設備能效瓶頸，形成覆蓋生產全流程的節(jié)能技術體系，不僅能夠顯著降低碳排放強度，更能夠促進生產工藝的清潔化改造，實現環(huán)境效益與經濟效益的有機統一^[2]。

2化工工程設計中電氣節(jié)能技術的應用要點

2.1負荷計算體系構建

化工裝置電力負荷具有非線性、沖擊性特征，需要建立三維計算模型（時間-空間-能效）確定計算負荷。采用IEC 61360標準推薦的動態(tài)系數法：P_js=K_x·（Ση_iP_i+ΣQ_j·tanφ_j），其中設備需用系數K_x根據工藝連續(xù)性修正（間歇流程取0.[A2]"7～0.8，連續(xù)流程取0.85～0.9）。對于氯堿電解等諧波密集型負荷，需要疊加修正因子（1.15～1.25），某60[A3]"0[wl4]" kV乙烯項目實測表明，采用蒙特卡洛仿真法可使電纜選型誤差控制在±5%以內，較傳統需要系數法節(jié)能12%。

2.2變壓器經濟運行拓撲

在變壓器選型時，節(jié)能性能成為關鍵考量因素，為了降低損耗并確保用戶需求，通常將40[A5]"%～60%的負載率作為選型依據，而50%～60%的負載率范圍則表現出最佳的節(jié)能效果，為了實現有效的負載管理，需要制定節(jié)能策略，并優(yōu)先考慮采用新型節(jié)能變壓器，以降低能耗，變壓器的負載率可以通過[A6]"式（1）計算。

β_m=（（1）

式（1）中：β_m為最大功率點的負載率；R為變壓器的功率損耗比率。

變壓器的漏損率可以通過公式（2）計算。

R=（2）

式（2）中：R為變壓器的漏損率；P₀為空載損耗；P_KH為額定負載損耗。

2.3動態(tài)無功補償配置

在電力系統中，無功功率源于電感磁場與電容電場在相同時間周期內的能量交換，并且不涉及實際功耗的產生。然而，在容性負載與感性負載環(huán)境中，無功損耗顯著存在，電網中無功功率的流動與電網電壓、電流之間存在90°的相位差異，這導致電網的平均功率因數下降，對電網的供電質量產生不利影響。因此，在提升用電設備的平均功率因數時，設置無功補償裝置變得至關重要，以確保供電品質的穩(wěn)定^[3]。

并聯電容器作為一種常用的人工無功補償手段，不僅能夠對電網中的無功功率進行有效補償，還配備有一次、二次側的補償裝置，以提升電力系統的功率因數。此外，在化工工程中，電力電纜作為關鍵的傳輸媒介，其鋪設長度和截面尺寸較大。以600 kV燒堿生產項目為例，采用ZR-YJV-0.6/1 kV-3×120+1×70規(guī)格的電纜，單條線路的長度可達228 m，其無功損耗和有功損耗均相當可觀。因此，在符合相關規(guī)范和技術標準的前提下，技術人員應盡量縮短電纜的鋪設長度，并增大電纜的截面尺寸，以降低損耗，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益。

針對化工負荷功率因數波動特性（0.75～[A7]"0.92），采用分級投切式靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG），補償容量按

Q_c=αP_av（tanφ₁-tanφ₂）（3）

式（3）中：Q_c為無功補償容量，單位為var；α為同時系數（聚合釜類設備取0.95，輸送機械取0.85）；P_av代表平均有功功率，單位是W；tanφ₁與tanφ₂分別是補償前和補償后的功率因數角的正切值。某氯堿項目實測數據表明，在整流變壓器二次側加裝12脈波靜止同步補償器后，10 kV母線諧波畸變率從31%降至4.7%，年節(jié)電達2.3×10⁶kWh。電纜截面選擇應滿足ΔU %=·I·L·（Rcosφ+Xsinφ）/10U_N≤5%的要求，當線路長度超過200 m時，截面增大一級可使線損降低18%～22%。

2.4智慧能效管理系統

構建基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的照明節(jié)能體系，采用T8轉T5電子鎮(zhèn)流器改造（節(jié)電40%）結合微波感應控制，照度維持值大于等于300 lx區(qū)域設置0.7～[A8]"1.2調光系數，某石化中央控制室應用ZigBee無線調光系統，年照明能耗下降63%。對于反應釜等高溫設備，推廣熱管式熱電聯產裝置，利用300 ℃以上余熱驅動有機朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC）機組發(fā)電，熱回收效率可達23%，典型工況下每噸蒸汽可聯產85 kWh電能，通過工業(yè)協議（OLE for Process Control，OPC）集成分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）與電力監(jiān)控系統，實現能流三維可視化，某煤化工項目應用后綜合廠用電率降低1.7個百分點^[4]。

3化工園區(qū)節(jié)能改造項目的測試驗證

3.1項目概況

某年產500 kV乙烯的化工園區(qū)節(jié)能改造項目，總投資3.2億元，涵蓋工藝裝置、公用工程及輔助設施，項目以電氣節(jié)能為核心，通過設備升級、系統優(yōu)化及智能控制，目標實現綜合能耗降低15%，年節(jié)電量超2 000萬kWh，設計階段引入變頻調速、無功補償、能源管理系統等技術，需要通過系統測試驗證技術方案的可行性與經濟性。

3.2系統測試內容與結果

3.2.1設備級節(jié)能測試

測試選取離心泵、空壓機等關鍵高耗能設備，對比傳統工頻驅動與變頻調速模式下的能耗差異，采用功率分析儀實時監(jiān)測電機輸入功率、轉速和負載率，結合DCS系統記錄運行數據。測試結果顯示：在60%～80%負荷工況下，變頻控制使電機平均節(jié)電率達32%，年運行時間8 000[A9]"h的單臺設備可以節(jié)電18萬kWh，同時，高效電機（IE4級）較原IE2級電機效率提升5%，溫升降低12 ℃，設備壽命延長20%，如表1所示。

3.2.2系統級能效測試

針對配電系統功率因數低（原0.82）、諧波畸變率超15%的問題，測試加裝SVG動態(tài)無功補償裝置與有源濾波器（Active Power Filter，APF），通過電能質量分析儀采集補償前后數據，發(fā)現功率因數提升至0.95，諧波畸變率降至4%以下，測試期間，變壓器損耗減少18%，電纜發(fā)熱量下降23%，年節(jié)省線損費用約75萬元。此外，EMS系統通過動態(tài)調整補償策略，進一步降低設備空載損耗10%～15%^[5]。

3.2.3工藝耦合節(jié)能測試

整合裂解爐余熱發(fā)電系統與生產負荷波動特性，測試熱電聯供模式的節(jié)能效果，利用熱電聯產機組將120 ℃以上廢熱轉化為電能，補充廠區(qū)10%的電力需求，通過數據采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）系統模擬不同生產負荷下的協同調控。結果顯示：在乙烯裝置負荷率70%時，余熱發(fā)電效率最高達22%，年發(fā)電量480萬kWh，減少外購電成本288萬元，同時，EMS與生產調度的聯動使尖峰負荷削減8%，需量電費降低12%。

4 結語

綜上所述，作為化工工程設計的關鍵組成部分，電氣節(jié)能技術必須針對該產業(yè)的基礎特征，科學調研節(jié)能措施，并引入先進的節(jié)能技術，以實現節(jié)能降耗的目標。未來，隨著科技的持續(xù)進步和節(jié)能意識的不斷提升，電氣節(jié)能技術在化工工程設計中的應用將更加廣泛和深入，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

參考文獻

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[3]張博.石油化工企業(yè)電氣儀表元件故障類型快速識別研究[J].自動化與儀器儀表，2022（10）：270-273.

[4]王永飛.電氣節(jié)能技術在石油化工工程設計中的運用分析[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（3）：210-211.

[5]馬寶義.石油化工企業(yè)35 kV變電站快速開關及廠用快切裝置改造與應用[J].精細與專用化學品，2021，29（9）：23-27.