電氣節(jié)能技術在石油化工工程設計中的應用

畢利媛　潘亮

摘要：電氣能耗在石油化工企業(yè)成本投入中占據(jù)著舉足輕重的地位。在工程設計之初全面考慮電氣系統(tǒng)的能源消耗，能大大降低企業(yè)的投入資本，提高石化企業(yè)的經(jīng)濟收益。文章將電氣節(jié)能作為切入點，對電力系統(tǒng)節(jié)能、照明系統(tǒng)節(jié)能、電子設備節(jié)能進行了分析，肯定了電氣節(jié)能技術在石油化工工程設計中應用的重要性。

關鍵詞：電氣節(jié)能技術；石油化工；工程設計；電氣能耗；電氣系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE43 文章編號：1009-2374（2015）18-0101-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.052

1 概述

能源作為新世紀發(fā)展的動力，制約著國家經(jīng)濟的發(fā)展，這關系到一個國家的經(jīng)濟安全乃至國家安全。目前，我國是世界上第二大能源消耗國和能源生產(chǎn)國，隨著人們對能源消耗、環(huán)境污染等相關問題的認識和了解，能源形勢問題得到了人們的高度重視。各大企業(yè)單位都在進行能源管理體系建設以及普遍應用節(jié)能減排技術。如今，石油化工企業(yè)在能源消耗方面面臨著能源利用效率低、能源浪費問題嚴重、節(jié)能管理意識培養(yǎng)不全面等一系列問題，這就迫使石油化工企業(yè)加快電氣節(jié)能技術在工程設計中應用的步伐。

2 電氣節(jié)能技術概述

電氣節(jié)能技術主要從電力系統(tǒng)節(jié)能、照明系統(tǒng)節(jié)能、電子設備節(jié)能這三大部分考慮。對于一個石油化工企業(yè)來說，電氣設備占據(jù)著大部分生產(chǎn)線，所以電力系統(tǒng)節(jié)能是整個電氣節(jié)能中的重點。照明系統(tǒng)節(jié)能、電子設備節(jié)能（大規(guī)模集成電路、電動機驅動）控制也不容小覷。

電氣節(jié)能需要滿足如下三個原則：首先要滿足生產(chǎn)設備的基本功能，保證生產(chǎn)設備的安全性和可靠性。在兼顧生產(chǎn)技術性能的前提下才會考慮降低能耗，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟指標；其次要滿足經(jīng)濟性要求，應考慮節(jié)能和投資回收期；最后的原則要從節(jié)能的觀點著手，同時考慮能源節(jié)約和環(huán)境保護兩大方面。

3 電氣節(jié)能技術在石化企業(yè)工程設計中的應用

3.1 電力系統(tǒng)節(jié)能

電力系統(tǒng)節(jié)能要從變壓器選型、系統(tǒng)功率因素提高、線路功率損耗、減少高次諧波這四個方面論述：

3.1.1 變壓器選型。變壓器是在電力系統(tǒng)中是較為常用且較為普遍的電氣設備，尤其在石化企業(yè)中，大量的變壓器投入使用。7×24小時運行，其消耗電能量也是相當之大。通常我們在選擇變壓器時，需要根據(jù)變壓器的負載率這一指標來進行選擇。

（1）

式中：Pf是變壓器的額定負載有功損耗；Qf是變壓器的額定負載漏磁功率；β是變壓器的負載率；Ud%是短路電壓的百分比值。

分析式（1）可以得出，當變壓器的負載率β處于40%～60%之間的時候，可以使得變壓器的額定負載有功損耗PL取得極小值，那么我們在實際選擇變壓器時，應盡量使得其負載率處于40%～60%之間。

另外，為了提高石化企業(yè)的經(jīng)濟效益，減少生產(chǎn)過程中的能源消耗，建議在工程設計的時候對變壓器的選擇采用國家新型的、高效節(jié)能的產(chǎn)品。

3.1.2 系統(tǒng)功率因數(shù)的提高。在電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)占據(jù)著舉足輕重的地位。如果能夠提高功率因數(shù)，那么就意味著能源的利用率會得以提高，同時生產(chǎn)和電力成本、線路電壓都會相應減少，而設備的利用率會大大改善。石化企業(yè)就會以最小的投資得到最大的經(jīng)濟收益。大多數(shù)用電設備均是根據(jù)電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計算公式為：

（2）

在實際運轉的電網(wǎng)中，如式（2）所示，功率因數(shù)cosφ反映了電源輸出的視在功率的利用率，cosφ是一個大于0小于1的數(shù)，那么，當電氣系統(tǒng)的功率因素無限趨向于1時，電路中的無功功率就越小，意味著視在功率的利用率越高，從而電能輸送的功率就越大，這樣就可以通過提高功率因素來降低電路損耗。一般的，功率因數(shù)有兩種方式來提高，分別是自然提高和人工補償。自然提高功率因數(shù)比較簡單，主要是電動機的選型上，選擇合適的電動機和變壓器，避免電機的空載運行。第二種人工補償方式主要采用同步電動機補償、動態(tài)無功功率補償、并聯(lián)電容器補償?shù)姆绞健?/p>

3.1.3 減少線路的功率損耗。根據(jù)公式P=I2R可知，只要電流經(jīng)過有電阻的介質就會產(chǎn)生能量消耗。那么在一個大的工程中，有成百上千的設備以及設備線路，減少線路的功率損耗對于電氣節(jié)能的貢獻是相當可觀的。根據(jù)R=ρL/S可以得出，在工程設計中應當合理地設計電氣線路的走向，減少線路的長度L以及合理地選擇線路的粗細S能夠有效地降低線路損耗。

3.1.4 降低高次諧波。在我國使用的交流電的頻率為50Hz，當正弦波受到外界干擾時就會發(fā)生畸變，畸變越嚴重，高次諧波分量越大，基波的分量越小。在具有高次諧波電壓和電流的電網(wǎng)系統(tǒng)中，對電動機的正常運行起作用的僅是電網(wǎng)的電壓和電流的基波部分，而系統(tǒng)中的高次諧波電流和電壓部分，則只能產(chǎn)生有功損耗和額外的無功損耗。同時，高次諧波會產(chǎn)生過電壓、過電流直接影響到工作的可靠性。

解決電網(wǎng)高次諧波主要是采用無源濾波技術（電容、電感組成的濾波器吸收高次諧波）和有源濾波技術（由先進的電子控制和電力電子設備組成，通過探測系統(tǒng)瞬間的畸變波形，并產(chǎn)生與之相反的畸變波形與其抵消，從而輸出標準的正弦波）。

3.2 穩(wěn)定電壓節(jié)能

穩(wěn)定供電電壓至額定電壓，系統(tǒng)供電效率最高。電壓的不穩(wěn)定，高電壓和低電壓都不能形成高效供電。絕大多數(shù)的用電設備，它在額定電壓工況下效率最高。如果供電電壓高于額定電壓，就會產(chǎn)生過高的空載電流，造成能源的浪費。如果供電電壓低于額定電壓，負載不變時就會產(chǎn)生過大的負載電流，造成線損的增加，也會造成能源的浪費。要選擇合適的供電電壓，如果壓力變化過大，可使用帶有有載調節(jié)開關的變壓器。

3.3 照明系統(tǒng)節(jié)能

在滿足正常照明需求的前提下，優(yōu)先選取發(fā)光效率高、能源消耗小的節(jié)能燈、電磁感應燈、LED燈等。這些燈的壽命長、能耗小，可以滿足節(jié)能的要求。

在我國，電網(wǎng)的標準電壓是220V，但是存在一個電壓的-10%～-7%的電壓偏差。過高的電壓經(jīng)過照明系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的熱量，同時也會影響到照明設備的壽命。通過控制照明系統(tǒng)中回路電壓，能夠起到節(jié)約用電和延長照明設備使用壽命的功能。

3.4 電子設備節(jié)能

在石化企業(yè)中，電子設備節(jié)能主要包含工作計算機、打印機、復印機的節(jié)能和工業(yè)使用的PID控制系統(tǒng)節(jié)能。在日常工作中，企業(yè)的每一位員工需要養(yǎng)成順手關閉計算機顯示器、下班后關閉計算機的習慣，在使用操作系統(tǒng)時盡量設置為省電模式。另外打印機、復印機在不使用的時候選擇待機或直接關機減少耗電量。工業(yè)使用PID控制系統(tǒng)設計時選擇低功耗的模塊。

4 結語

在能源緊張的今天，各行各業(yè)都在忙于節(jié)能減排。對于石油化工企業(yè)而言，電氣節(jié)能是一項重要工作。希望通過在工程設計之初充分考慮電氣節(jié)能的各個方面，有效地降低電氣能源消耗成本，給石化企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益，這有助于企業(yè)的發(fā)展。

作者簡介：畢利媛（1988-），女，河南洛陽人，惠生工程（中國）有限公司河南化工設計院分公司電氣助理工程師。

（責任編輯：蔣建華）