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案例详细
标题信息技术在石化行业节能降耗中的应用及进展
技术领域
行业
简介变频调速技术越来越广泛地应用在石油化工的多种与工艺设备配套的电力拖动设备中，因其节能、安全、易控等优势，必将成为电力拖动的中枢设备。应用变频调速技术也是企业改造挖潜、增加效益的有效途径，尤其是在石油化工行业中高能耗、低产出的设备较多，同时也是国民经济可持续发展的需要。
内容



　　企业始终在追逐利润，一是增加效益，二是降低成本。降低成本中很重要的工作是降低消耗，包括节约能源，即降本增效和节能降耗。

1 人、社会与能源

　　自从人类产生的一天起，就和能源结下了不解之缘。数百万年前的原始人类，日人均消耗仅2000kcal的食物能量；到数十万年前，进入狩猎人时期，开始利用石器与火，取暖做饭，日人均达5000kcal能量；到7000年前，早期农民出现，使用家畜耕作，并形成了农业、手工业、畜牧业和商业，日人均消耗达12000kcal能量；到公元1000年左右，人类成为发达农民，广泛使用煤炭、水利、风力和家畜，又形成了工业和运输业，日人均消耗达26000kcal能量；到公元19世纪末，产业工人形成，开始使用蒸汽机，日人均消耗达77000kcal能量；到20世纪末，人类进入了技术人阶段，普遍使用电力、煤炭、石油、核能，日人均消耗则高达230000kcal能量。能源的多元化及能源大量消耗所带来的负面作用引起了人类的重视和关切。

　　20世纪末，国外社会学家提出，经济增长(Economic Growth)、环境保护(Environmental Protection)和能源供需的稳定安全(Energy Security)三者之间产生了严重的矛盾，因此要谋求三者之间建立和谐的关系，即3E模型。其中，关键因素是节约能源和开拓可再生能源的利用。


图1  3E模型图


　　面对3E问题，世界各国都不约而同地从立法做起，使节能步入法制轨道。

　　一般来讲，都是开源与节流并举。节约能源，特别是节约不可再生能源是重要的，但是，开拓可再生能源更重要。尽管电力能源是二次能源，但是许多一次能源都需要转变成二次能源，尤其是电能后才便于使用。因为电能是目前最易转换、传输、控制、使用的能源。以美国为例，目前煤炭占32%，天然气占28%，水利占19%，石油占18%，核能仅占11%，风力占6%，太阳能占5%。15年以后，其电力能源的结构将发生重大变化：核能发电将居于榜首，占30%，其次是太阳能，占19%，风力占15%，天然气占14%，水利和煤炭各占13%，石油仅占6%。


图2  15年以后美国电力能源结构的变迁


　　随着国民经济的快速发展，中国的能耗与日俱增，年增长率超过两位数，而且以煤炭为主，占一次能源消耗的65%，是世界煤炭生产和消费第一大国。2002年，中国煤炭消费达14.2亿吨，占全球总量的27%。近年来，石油消费也以两位数增长，从1990年到2000年的十年间，石油消费量增长一倍多。而且，从1993年开始，中国变成石油纯进口国。近几年，成品油也开始进口，并逐年增加。2000年，原油进口7026万吨，成品油1805万吨，同年，原油出口1044万吨，成品油827万吨。

　　按单位GDP的能耗看，中国等国在亚太地区属于高消耗阵列，韩国、印度尼西亚、新加坡等国属于中等消耗阵列，日本等国则属于低消耗阵列。目前中国能耗约是日本的4～5倍，是韩国的2倍。以技术比较先进的炼化企业为例，中国炼油厂平均综合能耗大约是国外的1.3～1.5倍左右，乙烯装置的平均能耗大约是国外的1.6倍左右。

　　中国人口占世界总人口的22%，而石油储量只占世界的2%，煤炭储量只占世界的11%，人均占有能源量大大低于世界平均值，但是能耗却普遍高于国外，所以能源不足的矛盾将日益尖锐化，解决不好将成为制约我国国民经济增长的主要瓶颈。因此，政府提出了建立资源节约型、环境友好型社会，发展循环型经济、实现可持续发展的构想，并且提出“十一五”期间单位GDP能耗降低20%的具体目标。

　　国家发展与改革委员会为落实《节能中长期专项规划》，启动了规划提出的十大重点节能工程。“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的节能目标。十大重点节能工程包括节约和替代石油、燃煤工业锅炉（窑炉）改造、区域热电联产、余热余压利用、电机系统节能、能量系统优化、建筑节能、绿色照明、政府机构节能以及节能监测和技术服务体系建设工程等。其中，电机系统节能工程包括电机系统节能改造，提高运行效率；合理匹配和加快淘汰落后低效电机，推广高效节能电机；推广变频调速节能技术，风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施，工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术；制定相关经济激励政策和技术政策、完善电机能效标准体系等配套措施。“十一五”期间，实现电机系统运行效率提高2个百分点，形成年节电能力200亿千瓦小时。其中，变频技术是重点推广的技术。

　　国际知名的ARC咨询机构研究统计，1998年世界交流电动机实施调速控制的产品销售额为48．5亿美元，其中北美占21%，日本占27%，日本以外的亚洲国家占12%，欧洲、中东及非洲占39%，拉丁美洲占1%。1999年，国际大功率交流调速装置的销售额为24亿美元。

　　目前，我国电机的总装机容量已达4亿千瓦以上，其年耗电量占全国用电量的60%，但我国电机驱动系统的能源利用率却很低，基本上比国外低20%，70%的电机相当于国外20世纪50年代的技术水平，因此节能潜力巨大。

2  变频节电技术的产生与应用

　　变频技术自20世纪60年代问世后，到20世纪80年代，已在各个工业化国家广泛使用。到20世纪90年代，随着人们节能环保意识的增强，变频技术的应用越来越普及，广泛地应用于国民经济的各行各业和人们的日常生活中，并成为一种主要的节电、节能技术。

　　电力公司要向用电单位输送电力，由于发明了变压器，其电压变换方便，所以多使用交流电。电能往往需要转换成机械能，因此则需要电动机。电动机又分为直流电机和感应交流电机。直流电机的转速控制比较容易，但必须提供直流电，而且整流转子的维护麻烦。而感应电机则不然，但是调速困难。其转速公式为：N=60f(1-S)/P。其中：N为电机转速（r/min）；f为电源频率（Hz）；S为转差率（%）；P为定子磁极对数。因此，调频则成了调速的主要途径，则催生了变频调速技术。

2.1  变频器在石油工程中的应用

　　抽油机是目前采油生产中的主要设备之一，装机总量逾10万台。其电动机装机总容量达300万千瓦以上。抽油机的电机负荷是按周期变化的，电机的负荷曲线有两个峰值，分别为抽油机上下冲程的