石油化工項目中的電氣節能設計探討

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司,遼寧大連 116023)

石油化工項目中的電氣節能設計探討

欒家斌

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司,遼寧大連 116023)

分析了石油化工項目中有關電氣節能的相關措施，針對石油化工項目的基本特點，在滿足生產企業正常運行的前提條件下，從設計源頭掌控電氣專業的相關節能措施，對石油化工企業的能源配置進行一定程度上的優化設計，降低能源耗用成本，以提高企業自身的電氣節能水平。

石油化工；電氣；節能設計；無功功率補償；可再生能源

近年來，我國石油化工產業發展迅猛，行業間競爭愈發激烈，特別是中國政府重申將嚴格執行《巴黎協定》，堅持自己的氣候目標和政策后，石油化工產業的節能降耗已迫在眉睫，成為控制項目建設投資，提高行業間競爭力，制約企業可持續發展的重要因素之一。電氣節能設計是石油化工企業節能降耗措施中的重要方面，在電氣設計階段對建設項目生產過程中的能源配置進行節能設計優化，在不影響企業正常生產的前提下，提高企業的節能降耗水平，保證企業的可持續發展。

1 電氣節能設計的原則

1)在滿足建筑物設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)正確計算相關負荷參數，根據現行國家規范標準，采用節能型電氣設備，選擇符合實際情況的照度標準，降低電氣線路的過程損耗，提高供配電系統的功率因素，抑制諧波電流等。

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

4)技術先進性與經濟合理性共存。

2 電氣節能設計的措施

2.1 變、配電所的位置選擇

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

2.2 負荷計算

計算負荷又稱為需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續性負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用30 min的最大平均負荷作為按發熱條件選擇電器或導體的依據。

計算負荷時，應準確地評估用電設備的容量，控制好供配電系統電氣節能設計的源頭。根據《工業與民用配電設計手冊》(第三版)，負荷計算的方法有需要系數法、利用系數法、單位產品耗電量法等。需要系數法用設備功率乘以需要系數和同時系數，直接求出計算負荷。利用系數法采用利用系數求出最大負荷班的平均負荷，再考慮設備臺數和功率差異的影響，乘以與有效臺數有關的最大系數得出計算負荷。單位產品耗電量法主要用于用電設備功率和臺數無法確定時。

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工作過程中，負荷等級較高，數量較多，因此從節能降耗的角度來分析，在滿足用電設備需求的前提下，變壓器的選型應盡可能降低變壓器的損耗。

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

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中，電感所產生的磁場和電容所產生電場在同一個時間周期內，與電源之間進行能量的彼此交換，但不發生能量的消耗，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)。

用電設備的無功功率與經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，但會降低用電設備的總平均功率因數，此時就應該考慮采取裝設必要的無功功率補償設備，以進一步提高用電設備的總平均功率因數，從而改善電能質量。

一般情況下，采用裝設并聯電力電容器作為人工無功功率補償裝置，進行無功功率補償時，通常裝設在變壓器的一次側、二次側、設備終端處等位置。

2.5 電纜規格控制

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長度和截面也是較大的。例如，在年產60萬t純堿項目中，熱堿液泵的電氣電纜選型規格為ZR-YJV-0.6/1kV-3x120+1x70，單根電纜敷設長度達到228 m，在電纜上形成的有功損耗和無功損耗也是相當驚人的。在進行經濟合理性評價以及滿足現行國家規范標準的情況下，電纜的敷設長度應盡可能縮短，電纜的截面應合理增大。

2.6 諧波控制

石油化工項目中存在大量的非線性用電設備，如電動機、變頻器等，造成供配電系統中的諧波問題較為突出，嚴重影響了供配電系統的工作效率。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，主要有利用脈寬調制(PWM)技術，增加換流裝置的脈動數，采用多電平變流技術，串接電抗器，加裝無源濾波器，裝設靜止無功補償裝置等，選擇哪一種控制諧波的方式，要以技術先進和經濟合理為原則進行綜合考慮。

2.7 照明節能的設計

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

1)選擇正確的照度標準；

2)選擇正確的照明方式；

3)選擇高光效節能燈具；

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)選擇節能型的鎮流器；

7)建筑環境節能。

石油化工項目中，廠區內的電氣照明分布較為廣泛，電氣照明的節能設計應嚴格按照《建筑照明設計標準》GB50034-2013執行，采取以上電氣照明節能設計措施，盡可能地實現綠色照明工程。

2.8 可再生能源利用

供配電系統中，可再生能源系統主要是指太陽能光伏發電系統和風能發電系統等。太陽能光伏發電系統，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、自動太陽能跟蹤系統等設備組成，運行過程中不產生任何污染，屬于綠色能源系統。風能發電系統也屬于綠色能源系統，但受限于使用區域，運用廣泛性不及太陽能光伏發電系統。

可再生能源系統作為一種綠色能源系統，對于改善我國能源結構，保護環境具有重要意義，是未來能源開發的發展方向。

3 結 語

在石油化工工程項目的實際設計過程中，設計人員通常出于保證供配電系統安全可靠性的目的，一般將電氣相關參數指標設置的比較高，但也造成了投資成本在一定程度上的浪費。為了響應國家的相關節能政策，合理使用并節約能源，同時控制建設項目的投資成本，工程技術人員在石油化工項目的電氣供配電系統中，應嚴格執行現行國家電氣標準規范，在滿足供配電系統安全可靠性的前提下，采用相關的電氣節能措施，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] 工業與民用配電設計手冊(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—)，沈陽化工學院畢業，電氣工程及其自動化專業，工學學士，工程師，現就職于中昊(大連)化工研究設計院有限公司工程開發設計部。