变频器节电精确测定及其在石化企业中的应用

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摘 要：详细研究测量变频器在相同工况下，使用变频器与使用调节阀控制流量的节能效果，调研了在石化企业同类装置中变频器的推广应用前景。

关键词：变频器；节能；测定；应用

1 引言

变频技术发展日趋完善，广泛应用于工矿企业，以实现节能降耗，达到精准控制等目的。目前化工企业的变频器使用仅限于启动大功率机组、恒压控制，极少在流量调节系统使用，变频器的节电效果也没有做比较准确的测量而得出数据。某石化厂在同一工况条件下，切换运行变频和工频机泵，改变流量调节方式，比较其用电量，从而掌握节电效果。统计全厂变频使用情况及各装置大流量调节阀分布，并进行经济效益测算，为今后推广改造应用变频器提供依据。

2 变频器的调速与节能原理

变频器是利用电力半导体器件的通改变输出频率的装置。通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，从而达到节电的目的。

由于变频器内部滤波电容的作用， 增提高了负载的功率因数，减少了损耗。同时，变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的维护费用。

3 某石化厂气分装置201-P-106泵和201-P-107泵应用变频与工频节能对比分析

气分201-P-106和201-P-107泵，A泵都是工频驱动，B泵都是变频驱动，A、B泵互为备用机泵，现对各泵的运行情况及节能进行对比、分析。

3.1 气分201-P-106和201-P-107泵在同一工况下的运行记录

经过三个月的测量统计，记录气分装置201-P-106和201-P-107泵在同一工况下的运行如表1234：

3.2 201-P-106和201-P-107工频和变频经济效益分析

表1、表2、表3、表4的数据是2013年测量统计的数据，通过表1和表2对比，表3和表4对比，可以看出在同一工况条件下，使用变频调节和使用调节阀控制，机泵耗电量相差一半以上。其中工频电机日平均耗电量4750度，变频电机日平均耗电量2350度，为工频日耗电量的一半。

按机泵年生产运行8000小时，电费0.52元/度计算，工频电机每年用电量4750*（8000/24）≈1583333（度）。

变频电机每年用电量 2350*（8000/24）≈783333（度），则使用变频电机每年可节约电费为：（1583333-783333）*0.52=416000（元）。

全年运行201-P-106B和201-P-107B变频电机可节约电费832000元。

另外这两台ABB ACS1000中压变频器每年的检测、预防性维护费用为8.5-10万元，备品备件费用为每五年80-100万元，若备品备件未用，还可继续留用。在五年的周期里，使用变频器可节约费用为： 5*83.2-100-5*10=266（万元） 而且还可以减少对电机、调节阀的维修费用。

从以上的对比分析可以看出，开好201-P-106B和201-P-107B变频器有很好的经济效益。

4 某石化厂变频器使用现状分析

目前石化厂共使用中、低压变频器160多台，中压变频器共4台，所带负载大多为风机类负载，极少应用在泵类负载，使用中也未能根据负荷变化而调速，变频器的作用远未发挥出来。

5 装置部分机泵目前运行现状分析

经过对石化厂各套装置55KW以上使用调节阀调节流量的机泵进行统计、现场采集数据，发现部分机泵存在很大的节电和降低费用潜力。

在这些工频运行的机泵中，调节阀开度大多数都低于50%，机泵的负荷低、运行效率低，存在大马拉小车的现象，这样将近一半的电能消耗在阀门阻力和管道阻力上。这是由于机泵的选型原则和设计误差就决定了其配用的电机有很大的余量，同时加工任务的变化，通过传统阀门调节流量和压力让机泵偏离额定工作点，大大的降低了机泵的运行效率，耗电高、控制精度低，而石化行业许多大功率的设备启动一般都是通过直接启动、软启动和先关闭阀门，待机泵启动后再打开阀门的方式，不管哪种方式，其对电网都有很大的冲击，对阀门、管道的损害极大。

5.1 对这部分机泵进行变频改造后可达到的效果

（1）采用变频器调节流量，可以节约电能。

（2）提高功率因数。普通电机的功率因数在0.8-0.85之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，使得功率因数COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

（3）实现电机软起动，减小了电流冲击。电机直接启动时，启动电流为额定电流的（4-7）倍，而使用变频器后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，减轻了对电网的冲击，延长了设备和阀门的使用寿命。

（4）提高控制精度，操作方便，减少操作人员劳动强度，提高企业生产效率。

5.2 改造后经济效益分析

对联合一各套装置表5所列机泵、联合二各套装置表6所列机泵进行变频改造，节约电费计算。因A、B泵互为备用，则按A、B泵其中之一计算，机泵年运行时间按8000小时，电机工频运行的功率因数为0.85，电费0.52元/度，电机的运行电流为现场测量。根据气分201-P-106和201-P-107统计测算结果，变频电机的耗电量为工频电机耗电量的一半。

经统计，装置机泵电机总功率为：2135+387+177+557=3256KW

W=Pt=3256*8000=26048000（度）

全年消耗电费：26048000*0.52=13544960（元）

若改造为变频运行，全年消耗电费为工频运行电费的一半，即全年可节约电费677.25万元（未扣除变频器的维护费、备品备件费用）。

另外，变频改造后，可以减少对电机、调节阀的磨损，降低了设备的维修费用。

6 结语

从变频器在石化厂气的实际应用来看，变频器的节能效果是很明显的，并能平稳调速、精确控制，同时方便操作，易于维护，节约了运行成本，提高了工作效率。从石化厂装置用调节阀控制流量的情况看，用变频器代替调节阀控制，将节约大笔的电费开支，经济效益可观，值得在石化企业生产装置中广泛推广应用。

参考文献：

[1]刘伟强.变频器基础及应用[D].冶金出版社，2004.

[2]周志敏.ABB变频器工程应用与故障处理[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]ACS1000用户手册[K].北京市ABB电气技术有限公司.

作者简介：杨文戈（1966-），男，陕西黄陵人，硕士研究生，研究方向：电气。