變頻器節電精確測定及其在石化企業中的應用

楊文戈（陜西延長石油集團煉化公司,陜西 延安 727406）

變頻器節電精確測定及其在石化企業中的應用

楊文戈
（陜西延長石油集團煉化公司,陜西 延安 727406）

摘 要:詳細研究測量變頻器在相同工況下,使用變頻器與使用調節閥控制流量的節能效果,調研了在石化企業同類裝置中變頻器的推廣應用前景。

關鍵詞:變頻器;節能;測定;應用

1 引言

變頻技術發展日趨完善，廣泛應用于工礦企業，以實現節能降耗，達到精準控制等目的。目前化工企業的變頻器使用僅限于啟動大功率機組、恒壓控制，極少在流量調節系統使用，變頻器的節電效果也沒有做比較準確的測量而得出數據。某石化廠在同一工況條件下，切換運行變頻和工頻機泵，改變流量調節方式，比較其用電量，從而掌握節電效果。統計全廠變頻使用情況及各裝置大流量調節閥分布，并進行經濟效益測算，為今后推廣改造應用變頻器提供依據。

2 變頻器的調速與節能原理

變頻器是利用電力半導體器件的通改變輸出頻率的裝置。通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。

由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。所隊當所要求的流量Q減少時，可調節變頻器輸出頻率使電動機轉速n按比例降低。這時，電動機的功率P將按三次方關系大幅度地降低，比調節擋板、閥門節能40%一50%，從而達到節電的目的。

由于變頻器內部濾波電容的作用, 增提高了負載的功率因數,減少了損耗。同時,變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節省了設備的維護費用。

3 某石化廠氣分裝置201-P-106泵和201-P-107泵應用變頻與工頻節能對比分析

氣分201-P-106和201-P-107泵，Α泵都是工頻驅動，B泵都是變頻驅動，Α、B泵互為備用機泵，現對各泵的運行情況及節能進行對比、分析。

3.1 氣分201-P-106和201-P-107泵在同一工況下的運行記錄

經過三個月的測量統計，記錄氣分裝置201-P-106和201-P-107泵在同一工況下的運行如表1234：

3.2 201-P-106和201-P-107工頻和變頻經濟效益分析

表1、表2、表3、表4的數據是2013年測量統計的數據，通過表1和表2對比，表3和表4對比，可以看出在同一工況條件下，使用變頻調節和使用調節閥控制，機泵耗電量相差一半以上。其中工頻電機日平均耗電量4750度，變頻電機日平均耗電量2350度，為工頻日耗電量的一半。

按機泵年生產運行8000小時，電費0.52元/度計算，工頻電機每年用電量4750*（8000/24）≈1583333(度)。

變頻電機每年用電量 2350*（8000/24）≈783333（度），則使用變頻電機每年可節約電費為：（1583333-783333）*0.52=416000(元)。

全年運行201-P-106B和201-P-107B變頻電機可節約電費832000元。

另外這兩臺ΑBB ΑCS1000中壓變頻器每年的檢測、預防性維護費用為8.5-10萬元，備品備件費用為每五年80-100萬元，若備品備件未用，還可繼續留用。在五年的周期里，使用變頻器可節約費用為：5*83.2-100-5*10=266（萬元） 而且還可以減少對電機、調節閥的維修費用。

從以上的對比分析可以看出，開好201-P-106B和201-P-107B變頻器有很好的經濟效益。

4 某石化廠變頻器使用現狀分析

目前石化廠共使用中、低壓變頻器160多臺，中壓變頻器共4臺，所帶負載大多為風機類負載，極少應用在泵類負載，使用中也未能根據負荷變化而調速，變頻器的作用遠未發揮出來。

5 裝置部分機泵目前運行現狀分析

經過對石化廠各套裝置55KW以上使用調節閥調節流量的機泵進行統計、現場采集數據,發現部分機泵存在很大的節電和降低費用潛力。

在這些工頻運行的機泵中，調節閥開度大多數都低于50%，機泵的負荷低、運行效率低，存在大馬拉小車的現象，這樣將近一半的電能消耗在閥門阻力和管道阻力上。這是由于機泵的選型原則和設計誤差就決定了其配用的電機有很大的余量，同時加工任務的變化，通過傳統閥門調節流量和壓力讓機泵偏離額定工作點，大大的降低了機泵的運行效率，耗電高、控制精度低，而石化行業許多大功率的設備啟動一般都是通過直接啟動、軟啟動和先關閉閥門，待機泵啟動后再打開閥門的方式，不管哪種方式，其對電網都有很大的沖擊，對閥門、管道的損害極大。

5.1 對這部分機泵進行變頻改造后可達到的效果

（1）采用變頻器調節流量，可以節約電能。

（2）提高功率因數。普通電機的功率因數在0.8-0.85之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，使得功率因數COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

（3）實現電機軟起動，減小了電流沖擊。電機直接啟動時，啟動電流為額定電流的(4-7)倍，而使用變頻器后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，減輕了對電網的沖擊，延長了設備和閥門的使用壽命。

（4）提高控制精度，操作方便，減少操作人員勞動強度，提高企業生產效率。

5.2 改造后經濟效益分析

對聯合一各套裝置表5所列機泵、聯合二各套裝置表6所列機泵進行變頻改造，節約電費計算。因Α、B泵互為備用，則按Α、B泵其中之一計算，機泵年運行時間按8000小時，電機工頻運行的功率因數為0.85，電費0.52元/度，電機的運行電流為現場測量。根據氣分201-P-106和201-P-107統計測算結果，變頻電機的耗電量為工頻電機耗電量的一半。

表1 氣分201-P-106A電機運行記錄

表2 氣分201-P-106B電機運行記錄

表3 氣分201-P-107A電機運行記錄

經統計,裝置機泵電機總功率為：2135+387+177+557=3256KW

W=Pt=3256*8000=26048000（度）

全年消耗電費：26048000*0.52=13544960（元）

若改造為變頻運行，全年消耗電費為工頻運行電費的一半，即全年可節約電費677.25萬元（未扣除變頻器的維護費、備品備件費用）。

另外，變頻改造后，可以減少對電機、調節閥的磨損，降低了設備的維修費用。

6 結語

從變頻器在石化廠氣的實際應用來看，變頻器的節能效果是很明顯的，并能平穩調速、精確控制，同時方便操作，易于維護，節約了運行成本，提高了工作效率。從石化廠裝置用調節閥控制流量的情況看，用變頻器代替調節閥控制，將節約大筆的電費開支，經濟效益可觀，值得在石化企業生產裝置中廣泛推廣應用。

參考文獻：

[1]劉偉強.變頻器基礎及應用[D].冶金出版社,2004.

[2]周志敏.ABB變頻器工程應用與故障處理[M].北京：機械工業出版社,2013.

[3]ACS1000用戶手冊[K].北京市ABB電氣技術有限公司.

作者簡介：楊文戈(1966-)，男，陜西黃陵人，碩士研究生，研究方向：電氣。