用能設(shè)備能效監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用

張良芳，郭平，張晶晶(魯西化工集團(tuán)股份有限公司煤化工二分公司，山東 聊城 252000)

0 引言

設(shè)備是構(gòu)成石油化工生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)，裝置的能量平衡和用能測(cè)試與分析通常是從設(shè)備能耗開始。然后按照能量轉(zhuǎn)換和傳輸、工藝?yán)眉澳芰炕厥?個(gè)環(huán)節(jié)，從局部到整體(裝置)進(jìn)行分析和綜合，再?gòu)恼w看局部用能的合理性，做出切實(shí)的評(píng)價(jià)，并找出節(jié)能挖潛的方向和措施。規(guī)范機(jī)電設(shè)備管理，做好用能設(shè)備分析，將引領(lǐng)企業(yè)節(jié)能降耗的新方向。

1 做好高耗能機(jī)電設(shè)備排查

自2009年12月4日至2016年3月，工信部共下發(fā)4批《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰名錄》，涉及電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電阻爐、變壓器、調(diào)壓器、鍋爐、風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、柴油機(jī)等，其中電動(dòng)機(jī)、變壓器在多個(gè)批次更新了淘汰型號(hào)。《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第十七條“禁止使用國(guó)家明令淘汰的用能設(shè)備”以及第七十一條“使用國(guó)家明令淘汰的用能設(shè)備或者生產(chǎn)工藝的，由管理節(jié)能工作的部門責(zé)令停止使用，沒(méi)收國(guó)家明令淘汰的用能設(shè)備；情節(jié)嚴(yán)重的，可以由管理節(jié)能工作的部門提出意見，報(bào)請(qǐng)本級(jí)人民政府按照國(guó)務(wù)院規(guī)定的權(quán)限責(zé)令停業(yè)整頓或者關(guān)閉”。

企業(yè)設(shè)備工程師及電氣工程師應(yīng)知悉工信部公布的產(chǎn)品目錄，定期開展自查工作，形成自查報(bào)告。如若發(fā)現(xiàn)在役淘汰機(jī)電設(shè)備，應(yīng)立即整改，以免出現(xiàn)行政處罰。而采購(gòu)機(jī)電設(shè)備時(shí)，應(yīng)優(yōu)選節(jié)能型設(shè)備，以提高設(shè)備運(yùn)行壽命，減少設(shè)備投資。

正常用能設(shè)備監(jiān)測(cè)應(yīng)涵蓋供配電系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。

2 供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)方法

2.1 供配電系統(tǒng)組成

供配電系統(tǒng)由高低壓配電線路、變電站(包括配電站)和用電設(shè)備組成。高低壓配電線路，是從降壓變電站把電力送到配電變壓器或配電變電站的電力送到用電單位的線路。配電線路電壓3.6～40.5 kV為高壓配電線路，配電電壓不超過(guò)1 kV、頻率不超過(guò)1 000 Hz、直流不超過(guò)1 500 V，稱低壓配電線路。

2.2 供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

按照GB/T 16664—1996《企業(yè)供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》[1]的要求，應(yīng)監(jiān)測(cè)日負(fù)荷率、變壓器負(fù)載系數(shù)、線損率和企業(yè)用電體系功率因數(shù)。應(yīng)在用電體系處于正常生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行工況下監(jiān)測(cè)，測(cè)試期為24 h。如果用電體系存在明顯的季節(jié)性特征，比如，企業(yè)有多個(gè)大型制冷機(jī)組，夏季與冬季用電存在較大差異，宜分季節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以全面掌握供配電體系的能效情況。

能效監(jiān)測(cè)宜配備相應(yīng)精度的儀表，且應(yīng)在檢定周期之內(nèi)，測(cè)試條件和計(jì)算方法符合GB/T 3485—1998《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》和GB 13462—2008《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》的具體規(guī)定。

2.2.1 日負(fù)荷率的測(cè)試與計(jì)算

日負(fù)荷率：

式中：Pp為日平均負(fù)荷(kW)，指用電體系在測(cè)試期內(nèi)實(shí)際用電的平均有功負(fù)荷，日實(shí)際用電量/24；Pmax為日最大負(fù)荷，用電體系在測(cè)試期內(nèi)出現(xiàn)的最大小時(shí)平均有功負(fù)荷(kW)。

比如在2021年5月1日～3日，某工廠的用電數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 日用電負(fù)荷監(jiān)測(cè)表

對(duì)于連續(xù)性生產(chǎn)的企業(yè)，日負(fù)荷率合格指標(biāo)為：Kf≥90%。因此，該企業(yè)的日負(fù)荷率在節(jié)能范圍內(nèi)。對(duì)于三班制、二班制和一班制的生產(chǎn)企業(yè)，合格指標(biāo)分別為≥80%、≥55%、≥30%。

2.2.2 變壓器負(fù)載系數(shù)的測(cè)試與計(jì)算

變壓器的負(fù)載系數(shù)：

式中：S為變壓器平均輸出視在功率(kVA)；Se為變壓器而定容量(kVA)。

變壓器負(fù)載系數(shù)也可以用負(fù)載側(cè)均方根電流I2與負(fù)載側(cè)額定電流I2e的比值近似標(biāo)示。相關(guān)參數(shù)在電氣系統(tǒng)后臺(tái)直接導(dǎo)出。

例如：通過(guò)電氣系統(tǒng)控制后臺(tái)，采集了10 kV變壓器的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算其負(fù)載系數(shù)。

變壓器負(fù)載系數(shù)監(jiān)測(cè)表如表2所示。

表2 變壓器負(fù)載系數(shù)監(jiān)測(cè)表

2.2.3 線損率的測(cè)試與計(jì)算

線損率是指供配電體系各種損耗電量之和占總供給電量的百分?jǐn)?shù)，由變壓器的損耗以及輸電電路的損耗兩部分組成。

(1)變壓器損耗。變壓器能量損耗由空載損耗和負(fù)荷損耗。空載損耗屬于固定損耗，是變壓器鐵芯產(chǎn)生的損耗，與負(fù)載系數(shù)無(wú)關(guān)；銅損為原輔組的電阻消耗的功率，屬于可變損耗，與負(fù)載系數(shù)緊密相關(guān)。變壓器損耗可采用下式計(jì)算：

變壓器損耗：

式中：△E0≈P0t，即變壓器空載損耗有功電量乘以運(yùn)行時(shí)間；△Ek=Pkβ2t，即變壓器額定負(fù)載損耗功率與變壓器負(fù)載系數(shù)平方與運(yùn)行時(shí)間的乘積。

變壓器損耗表如表3所示。

表3 變壓器損耗表

(2)線路損耗。輸電過(guò)程中，線路發(fā)熱將電能轉(zhuǎn)化為熱能造成電能損失。統(tǒng)計(jì)范圍應(yīng)涵蓋一次變壓、二次變壓和三次變壓。

線路損耗主要跟輸電線的電阻、輸電線的長(zhǎng)度以及運(yùn)行時(shí)間成正比。可按照下式計(jì)算：

式中：m為相數(shù)系數(shù)，單相m=2，三相3線m=3，三相4線m=3.5；R為導(dǎo)線電阻。

線損計(jì)算表如表4所示。

表4 線損計(jì)算表

實(shí)際線損率一般在3.0%左右，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一次變壓、二次變壓、三級(jí)變壓線損率應(yīng)小于3.5%、5.5%和7%。

2.2.4 用電體系功率因數(shù)

企業(yè)用配電監(jiān)管系統(tǒng)可直接讀取系統(tǒng)的功率因數(shù)，應(yīng)不低于0.9。如果體系功率因數(shù)低于0.9，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓芸卮胧┨岣吖β室驍?shù)至0.9以上。

3 機(jī)泵類設(shè)備能效監(jiān)測(cè)

機(jī)泵應(yīng)與電機(jī)作為一個(gè)機(jī)組進(jìn)行整體考慮，輸入的能量(電能或熱能)可采用電工測(cè)試儀測(cè)量N入。機(jī)泵的有效功則是經(jīng)過(guò)機(jī)泵工作轉(zhuǎn)入到輸送介質(zhì)中的能量，Ne=Q△P/3.6

機(jī)泵效率η=Ne/N入。

如果采用蒸汽驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)計(jì)算輸入的熱能量。

4 結(jié)語(yǔ)

用能設(shè)備能效監(jiān)測(cè)是能源管理重要的一環(huán)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)開展電氣、設(shè)備專業(yè)技術(shù)人員能源培訓(xùn)，開展相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)，并按照規(guī)定方法和頻次開展節(jié)能監(jiān)測(cè)，以及時(shí)辨識(shí)節(jié)能機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。