石油化工項目中的電氣節(jié)能設(shè)計探討

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司,遼寧大連 116023)

石油化工項目中的電氣節(jié)能設(shè)計探討

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司,遼寧大連 116023)

分析了石油化工項目中有關(guān)電氣節(jié)能的相關(guān)措施，針對石油化工項目的基本特點，在滿足生產(chǎn)企業(yè)正常運行的前提條件下，從設(shè)計源頭掌控電氣專業(yè)的相關(guān)節(jié)能措施，對石油化工企業(yè)的能源配置進(jìn)行一定程度上的優(yōu)化設(shè)計，降低能源耗用成本，以提高企業(yè)自身的電氣節(jié)能水平。

石油化工；電氣；節(jié)能設(shè)計；無功功率補償；可再生能源

近年來，我國石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)間競爭愈發(fā)激烈，特別是中國政府重申將嚴(yán)格執(zhí)行《巴黎協(xié)定》，堅持自己的氣候目標(biāo)和政策后，石油化工產(chǎn)業(yè)的節(jié)能降耗已迫在眉睫，成為控制項目建設(shè)投資，提高行業(yè)間競爭力，制約企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。電氣節(jié)能設(shè)計是石油化工企業(yè)節(jié)能降耗措施中的重要方面，在電氣設(shè)計階段對建設(shè)項目生產(chǎn)過程中的能源配置進(jìn)行節(jié)能設(shè)計優(yōu)化，在不影響企業(yè)正常生產(chǎn)的前提下，提高企業(yè)的節(jié)能降耗水平，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 電氣節(jié)能設(shè)計的原則

1)在滿足建筑物設(shè)計功能及安全性的前提下，降低能源消耗率，提高工作效率。

2)正確計算相關(guān)負(fù)荷參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采用節(jié)能型電氣設(shè)備，選擇符合實際情況的照度標(biāo)準(zhǔn)，降低電氣線路的過程損耗，提高供配電系統(tǒng)的功率因素，抑制諧波電流等。

3)綜合考慮建筑物的供配電系統(tǒng)、電氣照明、電氣設(shè)備的選型、計量與管理、可再生能源的利用等措施。

4)技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟合理性共存。

2 電氣節(jié)能設(shè)計的措施

2.1 變、配電所的位置選擇

石油化工項目的電氣設(shè)計中，供配電系統(tǒng)的平面應(yīng)合理布置，變、配電所的位置應(yīng)盡可能地靠近整個供配電系統(tǒng)的負(fù)荷中心(如合成氨項目的氣化工序、純堿項目的重堿工序等)，在滿足整個系統(tǒng)供電可靠性的前提下，最大限度地降低電氣線路的敷設(shè)長度，從而減少線路的損耗。

2.2 負(fù)荷計算

計算負(fù)荷又稱為需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負(fù)荷所產(chǎn)生最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計中，通常采用30 min的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。

計算負(fù)荷時，應(yīng)準(zhǔn)確地評估用電設(shè)備的容量，控制好供配電系統(tǒng)電氣節(jié)能設(shè)計的源頭。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》(第三版)，負(fù)荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位產(chǎn)品耗電量法等。需要系數(shù)法用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷。利用系數(shù)法采用利用系數(shù)求出最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計算負(fù)荷。單位產(chǎn)品耗電量法主要用于用電設(shè)備功率和臺數(shù)無法確定時。

2.3 變壓器的選型

在石油化工項目中，大部分變壓器處于長期連續(xù)工作過程中，負(fù)荷等級較高，數(shù)量較多，因此從節(jié)能降耗的角度來分析，在滿足用電設(shè)備需求的前提下，變壓器的選型應(yīng)盡可能降低變壓器的損耗。

一般情況下，設(shè)計人員選擇變壓器時通常按照40%～60%負(fù)荷率考慮，但從節(jié)能降耗的角度來分析，變壓器的負(fù)荷率在50%～60%時是最具有節(jié)能效用的。

2.4 功率補償

無功功率，存在于具有電感和電容的供配電系統(tǒng)中，電感所產(chǎn)生的磁場和電容所產(chǎn)生電場在同一個時間周期內(nèi)，與電源之間進(jìn)行能量的彼此交換，但不發(fā)生能量的消耗，而能量交換的最大值就稱為無功功率，用字母Q表示，單位為乏(var)。

用電設(shè)備的無功功率與經(jīng)過其兩端的電壓或電流有90°的相位角差，因此不會消耗有功功率，但會降低用電設(shè)備的總平均功率因數(shù)，此時就應(yīng)該考慮采取裝設(shè)必要的無功功率補償設(shè)備，以進(jìn)一步提高用電設(shè)備的總平均功率因數(shù)，從而改善電能質(zhì)量。

一般情況下，采用裝設(shè)并聯(lián)電力電容器作為人工無功功率補償裝置，進(jìn)行無功功率補償時，通常裝設(shè)在變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)、設(shè)備終端處等位置。

2.5 電纜規(guī)格控制

在石油化工項目中，電氣電纜的使用量是非常巨大的，單根電氣電纜的敷設(shè)長度和截面也是較大的。例如，在年產(chǎn)60萬t純堿項目中，熱堿液泵的電氣電纜選型規(guī)格為ZR-YJV-0.6/1kV-3x120+1x70，單根電纜敷設(shè)長度達(dá)到228 m，在電纜上形成的有功損耗和無功損耗也是相當(dāng)驚人的。在進(jìn)行經(jīng)濟合理性評價以及滿足現(xiàn)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況下，電纜的敷設(shè)長度應(yīng)盡可能縮短，電纜的截面應(yīng)合理增大。

2.6 諧波控制

石油化工項目中存在大量的非線性用電設(shè)備，如電動機、變頻器等，造成供配電系統(tǒng)中的諧波問題較為突出，嚴(yán)重影響了供配電系統(tǒng)的工作效率。諧波控制裝置可以有效地抑制或消除高次諧波(3次諧波或7次諧波等)，降低用電設(shè)備的工作溫度，以提高其工作效率。

諧波控制的方式有很多，主要有利用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，增加換流裝置的脈動數(shù)，采用多電平變流技術(shù)，串接電抗器，加裝無源濾波器，裝設(shè)靜止無功補償裝置等，選擇哪一種控制諧波的方式，要以技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟合理為原則進(jìn)行綜合考慮。

2.7 照明節(jié)能的設(shè)計

照明節(jié)能作為建筑電氣節(jié)能的重要組成部分，正成為石油化工項目設(shè)計過程中的重點設(shè)計環(huán)節(jié)。照明節(jié)能設(shè)計主要采取以下措施：

1)選擇正確的照度標(biāo)準(zhǔn)；

2)選擇正確的照明方式；

3)選擇高光效節(jié)能燈具；

4)選擇合理的燈具安裝位置；

5)選擇正確的照明配電控制方式；

6)選擇節(jié)能型的鎮(zhèn)流器；

7)建筑環(huán)境節(jié)能。

石油化工項目中，廠區(qū)內(nèi)的電氣照明分布較為廣泛，電氣照明的節(jié)能設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013執(zhí)行，采取以上電氣照明節(jié)能設(shè)計措施，盡可能地實現(xiàn)綠色照明工程。

2.8 可再生能源利用

供配電系統(tǒng)中，可再生能源系統(tǒng)主要是指太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，是由太陽能電池方陣，充放電控制器，逆變器，蓄電池組，交流配電柜、自動太陽能組件除塵系統(tǒng)、自動太陽能跟蹤系統(tǒng)等設(shè)備組成，運行過程中不產(chǎn)生任何污染，屬于綠色能源系統(tǒng)。風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)也屬于綠色能源系統(tǒng)，但受限于使用區(qū)域，運用廣泛性不及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

可再生能源系統(tǒng)作為一種綠色能源系統(tǒng)，對于改善我國能源結(jié)構(gòu)，保護環(huán)境具有重要意義，是未來能源開發(fā)的發(fā)展方向。

3 結(jié) 語

在石油化工工程項目的實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員通常出于保證供配電系統(tǒng)安全可靠性的目的，一般將電氣相關(guān)參數(shù)指標(biāo)設(shè)置的比較高，但也造成了投資成本在一定程度上的浪費。為了響應(yīng)國家的相關(guān)節(jié)能政策，合理使用并節(jié)約能源，同時控制建設(shè)項目的投資成本，工程技術(shù)人員在石油化工項目的電氣供配電系統(tǒng)中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國家電氣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在滿足供配電系統(tǒng)安全可靠性的前提下，采用相關(guān)的電氣節(jié)能措施，有效地控制能源的不合理過度使用，確保工程項目的順利實施。

[1] 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M]. 北京：中國電力出版社，2005

TQ083.1

B

1005-8370(2017)01-21-02

2016-11-21

欒家斌(1986—)，沈陽化工學(xué)院畢業(yè)，電氣工程及其自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)就職于中昊(大連)化工研究設(shè)計院有限公司工程開發(fā)設(shè)計部。