變頻技術在LNG接收站的應用及節(jié)能研究

余偉　蔡主斌　韓帥　吳謙　任光明

摘 要：浙江LNG接收站作為調峰型接收站，在投產后供氣的不均勻性和生產能耗高等問題較為突出。通過運用不均勻系數(shù)法和綜合能耗對比法對兩年來接收站供氣的不均勻性和能耗情況進行分析，并對變頻設備的運行和節(jié)能效果進行驗證與分析，結果表明浙江LNG接收站2014年月、日供氣的不均勻性得到改善，單位產品平均能耗同比下降了29.7%，各項措施取得了良好的節(jié)能效果。

關鍵詞：接收站；不均勻系數(shù)；變頻；節(jié)能

中圖分類號：TE89 文獻標識碼：A

根據浙江LNG接收站的設計與規(guī)劃，接收站投產后的前5年為漸增期及市場培育期，在此期間，接收站運營的主要任務是分析、總結天然氣市場運行規(guī)律，安全、穩(wěn)定供氣，并采取措施降低生產運行成本。在分析2013年的生產運行情況的基礎上，2014年浙江LNG通過精細化生產，通過技術驗證與攻關，率先將變頻技術應用到LNG接收站的低溫泵（罐內泵、高壓泵）與海水泵等大功率設備中，使用變頻技術以減少接收站的生產用電量，并取得了良好效果。

1.浙江LNG接收站的運行特點

浙江LNG接收站一期項目由1座停靠8～26.6萬m3LNG船舶專用碼頭、3個16萬m3LNG儲罐、4套高壓氣化外輸設備、7套槽車裝車設備以及配套的輔助設施組成，管道氣化外輸天然氣的能力為10～100萬方/時。2013年浙江LNG接收站通過天然氣管道向下游輸氣81.5萬噸（折合成天然氣為11.6億方），約占全省用氣量的20%，通過槽車裝車外輸LNG25.07萬噸。從全年的運行情況來看，接收站的運行模式分為3種類型：

（1）工況一：連續(xù)運行BOG高壓壓縮機進行天然氣直接外輸，同時進行LNG槽車充裝。

（2）工況二：間歇性運行高壓氣化外輸設備進行天然氣管道外輸，同時進行LNG槽車充裝。

（3）工況三：連續(xù)運行高壓氣化外輸設備進行天然氣外輸，同時進行LNG槽車充裝。

2.接收站供氣不均勻性分析

管道天然氣主要用于燃氣電廠發(fā)電、工業(yè)用氣與城市居民用氣。各類用戶的用氣情況是不均的，它隨月、日、時而變化，通常用不均勻系數(shù)表示。用氣不均勻性通常表現(xiàn)為月不均勻性、日不均勻性和時不均勻性。據此，本文采用月不均勻系數(shù)和日不均勻系數(shù)進行分析。

2.1 月不均勻系數(shù)

接收站月高峰系數(shù)Kmmax為1.81，最大月不均勻系數(shù)與最小月不均勻系數(shù)相差3.2倍。

2.2 日不均勻系數(shù)

根據月不均勻系數(shù)可知12月份的月不均勻系數(shù)最大，選取該月的供氣量進行分析。接收站供氣的日不均勻系數(shù)Kd為0.18～1.74，日高峰系數(shù)Kdmax為1.74，最大日不均勻系數(shù)與最小日不均勻系數(shù)相差9.7倍。

3.變頻技術的應用及節(jié)能效果

3.1 變頻節(jié)能工作原理

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產工藝的改進及功率半導體器材價格的降低，變頻調速越來越被廣泛應用于工業(yè)控制中。交流電動機的同步轉速表達式為：

調節(jié)電動機輸入電壓的頻率，即可改變機泵的轉速，從而使機泵的軸功率發(fā)生改變。在生產運行工況允許的前提下，通過降低機泵的轉速以降低機泵的運行功率，從而實現(xiàn)節(jié)能。

3.2 變頻器在接收站的應用

浙江LNG根據其他接收站的運行經驗，考慮到漸增期的生產運行負荷較低、能耗較高等特點，率先將變頻調速技術應用到罐內泵、高壓泵和海水泵等外輸設備的控制中，在兩臺罐內泵、1臺高壓泵和1臺海水泵各上安裝了1臺變頻器，并保持生產工藝基本不變。

根據4臺設備的功率和電壓等級，選用了3種不同型號的施耐德ATV1100高壓變頻器。4臺設備的運行參數(shù)和選用的變頻器型號見表1。

在研究罐內泵、高壓泵和海水泵的機械特性后，將4臺泵的運行頻率調節(jié)范圍定為46Hz～50Hz，以躲避共振點，并采用手動調頻的方式進行控制。

3.3 變頻設備運行與節(jié)能效果

2014年接收站完成了4臺變頻設備的測試并掌握了其操作要點，在生產裝置的運行負荷較低時，分別運行變頻設備外輸，并對設備的可靠性進行觀測。變頻設備的運行及節(jié)能情況統(tǒng)計見表2。

全年接收站變頻設備累計運行5305h，運行節(jié)能296024千瓦時，按當?shù)毓╇妰r格0.878元/千瓦時計算，共減少電費支出26萬元，體現(xiàn)了良好的經濟性。

3.4 全年運行節(jié)能效果

2014年浙江LNG接收站通過管道輸氣124.5萬噸，槽車裝車外輸LNG33.1萬噸，全年生產用電41855740kWh，綜合能耗為5143t標準煤（折算為標準煤），核算出LNG單位產品平均能耗為26.55kWh/t。與2013年的生產運行情況相比，2014年接收站的產量增加了47.8%，綜合能耗只增加了4%，LNG單位產品平均能耗同比下降了29.7%，節(jié)能效果顯著。

結論

（1）2014年浙江LNG接收站供氣的月不均勻系數(shù)（Km）為0.56～1.81、日不均勻系數(shù)（Kd）為0.18～1.74，最大月不均勻系數(shù)與最小月不均勻系數(shù)相差3.2倍，最大日不均勻系數(shù)與最小日不均勻系數(shù)相差9.7倍，供氣體現(xiàn)出較大的不均勻性。

（2）2014年浙江LNG接收站成功將變頻技術應用到罐內泵、高壓泵和海水泵等設備中，并運行變頻設備節(jié)能。與2013年比較，2014年接收站在產量增加47.8%的情況下，采取變頻等措施使接收站的綜合能耗只增加了4%、LNG單位產品平均能耗同比下降了29.7%，取得了良好的節(jié)能效果。

參考文獻

[1]嚴銘卿，等.天然氣輸配技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006：40-51.

[2]周軍，盧春明，楊鳳玲，等.城鎮(zhèn)燃氣用氣不均勻性的探討[J].上海煤氣，2003（1）：15-17，34.

[3]李治和.變頻器的工作原理和控制方式[J].煤炭技術，2009，28（8）：46-47.