變頻技術(shù)在LNG接收站的應(yīng)用及節(jié)能研究

余偉　蔡主斌　韓帥　吳謙　任光明

摘 要：浙江LNG接收站作為調(diào)峰型接收站，在投產(chǎn)后供氣的不均勻性和生產(chǎn)能耗高等問題較為突出。通過運(yùn)用不均勻系數(shù)法和綜合能耗對比法對兩年來接收站供氣的不均勻性和能耗情況進(jìn)行分析，并對變頻設(shè)備的運(yùn)行和節(jié)能效果進(jìn)行驗(yàn)證與分析，結(jié)果表明浙江LNG接收站2014年月、日供氣的不均勻性得到改善，單位產(chǎn)品平均能耗同比下降了29.7%，各項(xiàng)措施取得了良好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：接收站；不均勻系數(shù)；變頻；節(jié)能

中圖分類號：TE89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

根據(jù)浙江LNG接收站的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，接收站投產(chǎn)后的前5年為漸增期及市場培育期，在此期間，接收站運(yùn)營的主要任務(wù)是分析、總結(jié)天然氣市場運(yùn)行規(guī)律，安全、穩(wěn)定供氣，并采取措施降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。在分析2013年的生產(chǎn)運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，2014年浙江LNG通過精細(xì)化生產(chǎn)，通過技術(shù)驗(yàn)證與攻關(guān)，率先將變頻技術(shù)應(yīng)用到LNG接收站的低溫泵（罐內(nèi)泵、高壓泵）與海水泵等大功率設(shè)備中，使用變頻技術(shù)以減少接收站的生產(chǎn)用電量，并取得了良好效果。

1.浙江LNG接收站的運(yùn)行特點(diǎn)

浙江LNG接收站一期項(xiàng)目由1座?？?～26.6萬m3LNG船舶專用碼頭、3個(gè)16萬m3LNG儲(chǔ)罐、4套高壓氣化外輸設(shè)備、7套槽車裝車設(shè)備以及配套的輔助設(shè)施組成，管道氣化外輸天然氣的能力為10～100萬方/時(shí)。2013年浙江LNG接收站通過天然氣管道向下游輸氣81.5萬噸（折合成天然氣為11.6億方），約占全省用氣量的20%，通過槽車裝車外輸LNG25.07萬噸。從全年的運(yùn)行情況來看，接收站的運(yùn)行模式分為3種類型：

（1）工況一：連續(xù)運(yùn)行BOG高壓壓縮機(jī)進(jìn)行天然氣直接外輸，同時(shí)進(jìn)行LNG槽車充裝。

（2）工況二：間歇性運(yùn)行高壓氣化外輸設(shè)備進(jìn)行天然氣管道外輸，同時(shí)進(jìn)行LNG槽車充裝。

（3）工況三：連續(xù)運(yùn)行高壓氣化外輸設(shè)備進(jìn)行天然氣外輸，同時(shí)進(jìn)行LNG槽車充裝。

2.接收站供氣不均勻性分析

管道天然氣主要用于燃?xì)怆姀S發(fā)電、工業(yè)用氣與城市居民用氣。各類用戶的用氣情況是不均的，它隨月、日、時(shí)而變化，通常用不均勻系數(shù)表示。用氣不均勻性通常表現(xiàn)為月不均勻性、日不均勻性和時(shí)不均勻性。據(jù)此，本文采用月不均勻系數(shù)和日不均勻系數(shù)進(jìn)行分析。

2.1 月不均勻系數(shù)

接收站月高峰系數(shù)Kmmax為1.81，最大月不均勻系數(shù)與最小月不均勻系數(shù)相差3.2倍。

2.2 日不均勻系數(shù)

根據(jù)月不均勻系數(shù)可知12月份的月不均勻系數(shù)最大，選取該月的供氣量進(jìn)行分析。接收站供氣的日不均勻系數(shù)Kd為0.18～1.74，日高峰系數(shù)Kdmax為1.74，最大日不均勻系數(shù)與最小日不均勻系數(shù)相差9.7倍。

3.變頻技術(shù)的應(yīng)用及節(jié)能效果

3.1 變頻節(jié)能工作原理

近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器材價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來越被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸入電壓的頻率，即可改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速，從而使機(jī)泵的軸功率發(fā)生改變。在生產(chǎn)運(yùn)行工況允許的前提下，通過降低機(jī)泵的轉(zhuǎn)速以降低機(jī)泵的運(yùn)行功率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.2 變頻器在接收站的應(yīng)用

浙江LNG根據(jù)其他接收站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，考慮到漸增期的生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷較低、能耗較高等特點(diǎn)，率先將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到罐內(nèi)泵、高壓泵和海水泵等外輸設(shè)備的控制中，在兩臺(tái)罐內(nèi)泵、1臺(tái)高壓泵和1臺(tái)海水泵各上安裝了1臺(tái)變頻器，并保持生產(chǎn)工藝基本不變。

根據(jù)4臺(tái)設(shè)備的功率和電壓等級，選用了3種不同型號的施耐德ATV1100高壓變頻器。4臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和選用的變頻器型號見表1。

在研究罐內(nèi)泵、高壓泵和海水泵的機(jī)械特性后，將4臺(tái)泵的運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)范圍定為46Hz～50Hz，以躲避共振點(diǎn)，并采用手動(dòng)調(diào)頻的方式進(jìn)行控制。

3.3 變頻設(shè)備運(yùn)行與節(jié)能效果

2014年接收站完成了4臺(tái)變頻設(shè)備的測試并掌握了其操作要點(diǎn)，在生產(chǎn)裝置的運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，分別運(yùn)行變頻設(shè)備外輸，并對設(shè)備的可靠性進(jìn)行觀測。變頻設(shè)備的運(yùn)行及節(jié)能情況統(tǒng)計(jì)見表2。

全年接收站變頻設(shè)備累計(jì)運(yùn)行5305h，運(yùn)行節(jié)能296024千瓦時(shí)，按當(dāng)?shù)毓╇妰r(jià)格0.878元/千瓦時(shí)計(jì)算，共減少電費(fèi)支出26萬元，體現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 全年運(yùn)行節(jié)能效果

2014年浙江LNG接收站通過管道輸氣124.5萬噸，槽車裝車外輸LNG33.1萬噸，全年生產(chǎn)用電41855740kWh，綜合能耗為5143t標(biāo)準(zhǔn)煤（折算為標(biāo)準(zhǔn)煤），核算出LNG單位產(chǎn)品平均能耗為26.55kWh/t。與2013年的生產(chǎn)運(yùn)行情況相比，2014年接收站的產(chǎn)量增加了47.8%，綜合能耗只增加了4%，LNG單位產(chǎn)品平均能耗同比下降了29.7%，節(jié)能效果顯著。

結(jié)論

（1）2014年浙江LNG接收站供氣的月不均勻系數(shù)（Km）為0.56～1.81、日不均勻系數(shù)（Kd）為0.18～1.74，最大月不均勻系數(shù)與最小月不均勻系數(shù)相差3.2倍，最大日不均勻系數(shù)與最小日不均勻系數(shù)相差9.7倍，供氣體現(xiàn)出較大的不均勻性。

（2）2014年浙江LNG接收站成功將變頻技術(shù)應(yīng)用到罐內(nèi)泵、高壓泵和海水泵等設(shè)備中，并運(yùn)行變頻設(shè)備節(jié)能。與2013年比較，2014年接收站在產(chǎn)量增加47.8%的情況下，采取變頻等措施使接收站的綜合能耗只增加了4%、LNG單位產(chǎn)品平均能耗同比下降了29.7%，取得了良好的節(jié)能效果。

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