变频器节电精确测定及其在石化企业中的应用

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。

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）。

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

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。