电气节能技术在石油化工工程设计中的应用

毕利媛　潘亮

摘要：电气能耗在石油化工企业成本投入中占据着举足轻重的地位。在工程设计之初全面考虑电气系统的能源消耗，能大大降低企业的投入资本，提高石化企业的经济收益。文章将电气节能作为切入点，对电力系统节能、照明系统节能、电子设备节能进行了分析，肯定了电气节能技术在石油化工工程设计中应用的重要性。

关键词：电气节能技术；石油化工；工程设计；电气能耗；电气系统 文献标识码：A

中图分类号：TE43 文章编号：1009-2374（2015）18-0101-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.052

1 概述

能源作为新世纪发展的动力，制约着国家经济的发展，这关系到一个国家的经济安全乃至国家安全。目前，我国是世界上第二大能源消耗国和能源生产国，随着人们对能源消耗、环境污染等相关问题的认识和了解，能源形势问题得到了人们的高度重视。各大企业单位都在进行能源管理体系建设以及普遍应用节能减排技术。如今，石油化工企业在能源消耗方面面临着能源利用效率低、能源浪费问题严重、节能管理意识培养不全面等一系列问题，这就迫使石油化工企业加快电气节能技术在工程设计中应用的步伐。

2 电气节能技术概述

电气节能技术主要从电力系统节能、照明系统节能、电子设备节能这三大部分考虑。对于一个石油化工企业来说，电气设备占据着大部分生产线，所以电力系统节能是整个电气节能中的重点。照明系统节能、电子设备节能（大规模集成电路、电动机驱动）控制也不容小觑。

电气节能需要满足如下三个原则：首先要满足生产设备的基本功能，保证生产设备的安全性和可靠性。在兼顾生产技术性能的前提下才会考虑降低能耗，提高生产的经济指标；其次要满足经济性要求，应考虑节能和投资回收期；最后的原则要从节能的观点着手，同时考虑能源节约和环境保护两大方面。

3 电气节能技术在石化企业工程设计中的应用

3.1 电力系统节能

电力系统节能要从变压器选型、系统功率因素提高、线路功率损耗、减少高次谐波这四个方面论述：

3.1.1 变压器选型。变压器是在电力系统中是较为常用且较为普遍的电气设备，尤其在石化企业中，大量的变压器投入使用。7×24小时运行，其消耗电能量也是相当之大。通常我们在选择变压器时，需要根据变压器的负载率这一指标来进行选择。

（1）

式中：Pf是变压器的额定负载有功损耗；Qf是变压器的额定负载漏磁功率；β是变压器的负载率；Ud%是短路电压的百分比值。

分析式（1）可以得出，当变压器的负载率β处于40%～60%之间的时候，可以使得变压器的额定负载有功损耗PL取得极小值，那么我们在实际选择变压器时，应尽量使得其负载率处于40%～60%之间。

另外，为了提高石化企业的经济效益，减少生产过程中的能源消耗，建议在工程设计的时候对变压器的选择采用国家新型的、高效节能的产品。

3.1.2 系统功率因数的提高。在电力系统中，功率因数占据着举足轻重的地位。如果能够提高功率因数，那么就意味着能源的利用率会得以提高，同时生产和电力成本、线路电压都会相应减少，而设备的利用率会大大改善。石化企业就会以最小的投资得到最大的经济收益。大多数用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：

（2）

在实际运转的电网中，如式（2）所示，功率因数cosφ反映了电源输出的视在功率的利用率，cosφ是一个大于0小于1的数，那么，当电气系统的功率因素无限趋向于1时，电路中的无功功率就越小，意味着视在功率的利用率越高，从而电能输送的功率就越大，这样就可以通过提高功率因素来降低电路损耗。一般的，功率因数有两种方式来提高，分别是自然提高和人工补偿。自然提高功率因数比较简单，主要是电动机的选型上，选择合适的电动机和变压器，避免电机的空载运行。第二种人工补偿方式主要采用同步电动机补偿、动态无功功率补偿、并联电容器补偿的方式。

3.1.3 减少线路的功率损耗。根据公式P=I2R可知，只要电流经过有电阻的介质就会产生能量消耗。那么在一个大的工程中，有成百上千的设备以及设备线路，减少线路的功率损耗对于电气节能的贡献是相当可观的。根据R=ρL/S可以得出，在工程设计中应当合理地设计电气线路的走向，减少线路的长度L以及合理地选择线路的粗细S能够有效地降低线路损耗。

3.1.4 降低高次谐波。在我国使用的交流电的频率为50Hz，当正弦波受到外界干扰时就会发生畸变，畸变越严重，高次谐波分量越大，基波的分量越小。在具有高次谐波电压和电流的电网系统中，对电动机的正常运行起作用的仅是电网的电压和电流的基波部分，而系统中的高次谐波电流和电压部分，则只能产生有功损耗和额外的无功损耗。同时，高次谐波会产生过电压、过电流直接影响到工作的可靠性。

解决电网高次谐波主要是采用无源滤波技术（电容、电感组成的滤波器吸收高次谐波）和有源滤波技术（由先进的电子控制和电力电子设备组成，通过探测系统瞬间的畸变波形，并产生与之相反的畸变波形与其抵消，从而输出标准的正弦波）。

3.2 稳定电压节能

稳定供电电压至额定电压，系统供电效率最高。电压的不稳定，高电压和低电压都不能形成高效供电。绝大多数的用电设备，它在额定电压工况下效率最高。如果供电电压高于额定电压，就会产生过高的空载电流，造成能源的浪费。如果供电电压低于额定电压，负载不变时就会产生过大的负载电流，造成线损的增加，也会造成能源的浪费。要选择合适的供电电压，如果压力变化过大，可使用带有有载调节开关的变压器。

3.3 照明系统节能

在满足正常照明需求的前提下，优先选取发光效率高、能源消耗小的节能灯、电磁感应灯、LED灯等。这些灯的寿命长、能耗小，可以满足节能的要求。

在我国，电网的标准电压是220V，但是存在一个电压的-10%～-7%的电压偏差。过高的电压经过照明系统会产生大量的热量，同时也会影响到照明设备的寿命。通过控制照明系统中回路电压，能够起到节约用电和延长照明设备使用寿命的功能。

3.4 电子设备节能

在石化企业中，电子设备节能主要包含工作计算机、打印机、复印机的节能和工业使用的PID控制系统节能。在日常工作中，企业的每一位员工需要养成顺手关闭计算机显示器、下班后关闭计算机的习惯，在使用操作系统时尽量设置为省电模式。另外打印机、复印机在不使用的时候选择待机或直接关机减少耗电量。工业使用PID控制系统设计时选择低功耗的模块。

4 结语

在能源紧张的今天，各行各业都在忙于节能减排。对于石油化工企业而言，电气节能是一项重要工作。希望通过在工程设计之初充分考虑电气节能的各个方面，有效地降低电气能源消耗成本，给石化企业带来更多的经济效益，这有助于企业的发展。

作者简介：毕利媛（1988-），女，河南洛阳人，惠生工程（中国）有限公司河南化工设计院分公司电气助理工程师。

（责任编辑：蒋建华）