变频技术在LNG接收站的应用及节能研究

余伟　蔡主斌　韩帅　吴谦　任光明

摘 要：浙江LNG接收站作为调峰型接收站，在投产后供气的不均匀性和生产能耗高等问题较为突出。通过运用不均匀系数法和综合能耗对比法对两年来接收站供气的不均匀性和能耗情况进行分析，并对变频设备的运行和节能效果进行验证与分析，结果表明浙江LNG接收站2014年月、日供气的不均匀性得到改善，单位产品平均能耗同比下降了29.7%，各项措施取得了良好的节能效果。

关键词：接收站；不均匀系数；变频；节能

中图分类号：TE89 文献标识码：A

根据浙江LNG接收站的设计与规划，接收站投产后的前5年为渐增期及市场培育期，在此期间，接收站运营的主要任务是分析、总结天然气市场运行规律，安全、稳定供气，并采取措施降低生产运行成本。在分析2013年的生产运行情况的基础上，2014年浙江LNG通过精细化生产，通过技术验证与攻关，率先将变频技术应用到LNG接收站的低温泵（罐内泵、高压泵）与海水泵等大功率设备中，使用变频技术以减少接收站的生产用电量，并取得了良好效果。

1.浙江LNG接收站的运行特点

浙江LNG接收站一期项目由1座停靠8～26.6万m3LNG船舶专用码头、3个16万m3LNG储罐、4套高压气化外输设备、7套槽车装车设备以及配套的辅助设施组成，管道气化外输天然气的能力为10～100万方/时。2013年浙江LNG接收站通过天然气管道向下游输气81.5万吨（折合成天然气为11.6亿方），约占全省用气量的20%，通过槽车装车外输LNG25.07万吨。从全年的运行情况来看，接收站的运行模式分为3种类型：

（1）工况一：连续运行BOG高压压缩机进行天然气直接外输，同时进行LNG槽车充装。

（2）工况二：间歇性运行高压气化外输设备进行天然气管道外输，同时进行LNG槽车充装。

（3）工况三：连续运行高压气化外输设备进行天然气外输，同时进行LNG槽车充装。

2.接收站供气不均匀性分析

管道天然气主要用于燃气电厂发电、工业用气与城市居民用气。各类用户的用气情况是不均的，它随月、日、时而变化，通常用不均匀系数表示。用气不均匀性通常表现为月不均匀性、日不均匀性和时不均匀性。据此，本文采用月不均匀系数和日不均匀系数进行分析。

2.1 月不均匀系数

接收站月高峰系数Kmmax为1.81，最大月不均匀系数与最小月不均匀系数相差3.2倍。

2.2 日不均匀系数

根据月不均匀系数可知12月份的月不均匀系数最大，选取该月的供气量进行分析。接收站供气的日不均匀系数Kd为0.18～1.74，日高峰系数Kdmax为1.74，最大日不均匀系数与最小日不均匀系数相差9.7倍。

3.变频技术的应用及节能效果

3.1 变频节能工作原理

近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器材价格的降低，变频调速越来越被广泛应用于工业控制中。交流电动机的同步转速表达式为：

调节电动机输入电压的频率，即可改变机泵的转速，从而使机泵的轴功率发生改变。在生产运行工况允许的前提下，通过降低机泵的转速以降低机泵的运行功率，从而实现节能。

3.2 变频器在接收站的应用

浙江LNG根据其他接收站的运行经验，考虑到渐增期的生产运行负荷较低、能耗较高等特点，率先将变频调速技术应用到罐内泵、高压泵和海水泵等外输设备的控制中，在两台罐内泵、1台高压泵和1台海水泵各上安装了1台变频器，并保持生产工艺基本不变。

根据4台设备的功率和电压等级，选用了3种不同型号的施耐德ATV1100高压变频器。4台设备的运行参数和选用的变频器型号见表1。

在研究罐内泵、高压泵和海水泵的机械特性后，将4台泵的运行频率调节范围定为46Hz～50Hz，以躲避共振点，并采用手动调频的方式进行控制。

3.3 变频设备运行与节能效果

2014年接收站完成了4台变频设备的测试并掌握了其操作要点，在生产装置的运行负荷较低时，分别运行变频设备外输，并对设备的可靠性进行观测。变频设备的运行及节能情况统计见表2。

全年接收站变频设备累计运行5305h，运行节能296024千瓦时，按当地供电价格0.878元/千瓦时计算，共减少电费支出26万元，体现了良好的经济性。

3.4 全年运行节能效果

2014年浙江LNG接收站通过管道输气124.5万吨，槽车装车外输LNG33.1万吨，全年生产用电41855740kWh，综合能耗为5143t标准煤（折算为标准煤），核算出LNG单位产品平均能耗为26.55kWh/t。与2013年的生产运行情况相比，2014年接收站的产量增加了47.8%，综合能耗只增加了4%，LNG单位产品平均能耗同比下降了29.7%，节能效果显著。

结论

（1）2014年浙江LNG接收站供气的月不均匀系数（Km）为0.56～1.81、日不均匀系数（Kd）为0.18～1.74，最大月不均匀系数与最小月不均匀系数相差3.2倍，最大日不均匀系数与最小日不均匀系数相差9.7倍，供气体现出较大的不均匀性。

（2）2014年浙江LNG接收站成功将变频技术应用到罐内泵、高压泵和海水泵等设备中，并运行变频设备节能。与2013年比较，2014年接收站在产量增加47.8%的情况下，采取变频等措施使接收站的综合能耗只增加了4%、LNG单位产品平均能耗同比下降了29.7%，取得了良好的节能效果。

参考文献

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