淘汰落后機電設備節(jié)能效果分析

趙魯蘇，鄒文濤

（中國石化集團江蘇石油勘探局節(jié)能監(jiān)測站，江蘇揚州 225009）

1 淘汰機電設備節(jié)能效果分析

1.1 電動機

三相異步電動機產品廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、家用電器等各個方面，屬于分布范圍廣、數量較多的耗能設備，是我國工業(yè)用電大戶。三相異步電動機也是油田生產中的主要動力設備，據2016年統(tǒng)計，電動機能耗占江蘇油田生產總電耗的70%以上。

1.1.1 新型三相異步電動機節(jié)能原理

電動機的效率是電動機輸出功率與輸入功率的比值。提高電動機的效率主要是采取各種措施降低電動機的損耗，電動機的損耗包括定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗、機械損耗（風摩耗）與雜散損耗，其中后3個損耗隨負載變化較小。目前對電動機機械機構的改進主要集中在改進電動機的結構、增加銅線截面積、改進風扇類型、減少機械摩擦、減少諧波等幾方面。除了增加銅線的截面積在空載損耗中表現不太明顯外，其余損耗都可以在空載損耗中顯示出來[2]。所以測試電動機的空載損耗，有助于分析電動機的效率高低。

1.1.2 更換淘汰三相異步電動機節(jié)能效果分析

江蘇油田2015－2016年共投資800余萬元，使用2級以上能效的電機更換了落后的Y、YB、Y2、YB2系列電動機1 230臺（26 280 kW），年均設備運行時間3 000 h，平均能效提高4.5%，平均負載率70%，年節(jié)約電能248萬kW·h，按照江蘇油田內部關聯電價1.04元/kW·h計算，投資回收期3.2年。更換電動機后組織了能效測試評價，對電動機的空載損耗和實際工作電參數進行了測試，實測YE3系列電動機空載損耗比原Y系列電動機降低22%左右，更換后空載損耗測試數據見表1。

表1 采輸鹵三相異步電動機更換前后空載損耗對比

該系列電動機僅從空載損耗一個方面計算，實測節(jié)電達1.61 kW，年運行300天，節(jié)電11 592 kW·h，按照投資260元/kW，投資回收期為3.5年，效益比較可觀。所以對長期運行的電動機進行淘汰更換具有很好的經濟價值。

1.2 風機

1.2.1 新型風機節(jié)能原理

隨著風機制造技術的進步、設計理念的革新，風機本體的機械損耗、容積損耗和流動損耗有明顯降低，風機本身的效率顯著提高，特別是可以采用摩擦更小的軸承甚至直接研制磁懸浮風機進一步減少軸的轉動阻力，采用3D打印技術打印出形狀更復雜、效率更高葉輪等方面技術的進步，明顯提高了風機能效。

地理環(huán)境各要素并不是彼此孤立的，而是作為整體的一部分，與其他要素相互聯系和相互作用，在特征上保持協調一致，并與總體特征相統(tǒng)一。在地理教學過程中要以知識的點、線、面為網絡，抓住知識主干，圍繞重點、難點進行學習，重在構筑一個完整的知識框架體系。但現在有種錯誤的時髦傾向，將知識樹當思維導圖，然而知識結構不等于思維導圖，在某一地理要素起變化時，會給其他要素帶來哪些影響，這才是我們所從事的地理學的整體性的具體體現。同時，知識遷移不等同于復制，教學中要有意識地教學生遷移知識，理解概念，在教學中要多次重復，讓學生耳熟能詳，在不斷的在重復中形成深刻的印記。

1.2.2 更換淘汰風機節(jié)能效果分析

按照GB 19761—2009《通風機能效限定值及能效等級》、GB 28381—2012《離心鼓風機能效限定值及節(jié)能評價值》內容，淘汰類型的風機與建議更換的新風機每差一個能效等級，風機的能效相差5%左右，按照負載率70%計算，相當于系統(tǒng)效率提升3%左右。以常用的7.5 kW排煙風機550元/kW（含電動機）計算，同時更換后，電動機效率提高2%，風機能效提高5%，負載率70%，綜合效率提升5%左右，按照年運行300天，投資回收期為1.5年。

對長期運行的風機進行淘汰更換具有很好的節(jié)能效果。從表2風機實測效率可知，該化工廠的風機系統(tǒng)機組電能利用率低于標準要求的節(jié)能評價值較多。投入190萬元對年均運行時間超過2 000 h的6種類型25臺負載率70%的風機（總功率5 800 kW）進行更換，新裝風機總功率為4 500 kW，負載率80%，平均機組電能利用率為68%，年節(jié)約用電92萬kW·h，投資回收期為2年，經濟效益明顯。

表2 2016年某化工廠風機系統(tǒng)效率實測數據

1.3 離心泵

1.3.1 新型離心泵的節(jié)能原理

離心泵在實際運行過程中會有能量損失，能量損失主要有容積損失、機械損失和水力損失。容積損失主要由密封效果決定，機械損失主要由軸承摩擦、葉輪摩擦和圓盤摩擦造成，水力損失主要受泵及葉輪的形狀和材料影響。目前隨著科學技術的進步，密封效果更好、摩擦力和水力損失更小的離心泵逐步開始取代老舊的離心泵。

1.3.2 更換淘汰離心泵的節(jié)能效果分析

依照GB 19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》、GB 32284—2015《石油化工能效限定值及能效等級》，比轉速確定時，淘汰前后泵的能效提升5%左右。如某采油廠鍋爐房安裝的屬淘汰范圍之內的GC系列給水泵36臺，合計功率300 kW，年運行時間2 000 h，效率38%，投資20萬元對該系列給水泵進行更換（含電機），按照GB 19762—2007的要求，該排量的離心泵能效限定值為56.5%，改造后泵的效率至少提升18.5%，電動機效率由85%提高至89.2%，負載率70%不變，年節(jié)約電能7.6萬kW·h，投資回收期2.6年。

1.4 變壓器

江蘇油田擁有變壓器1 670臺，容量總計348 659 kVA，型號以S9、S11、SH11為主，其中S9變壓器170臺（26 870 kVA），1997年以前生產的有32臺（8 505 kVA）。

1.4.1 新型變壓器的節(jié)能原理

新型節(jié)能變壓器主要是通過降低配電變壓器空載損耗和額定負載損耗實現變壓器能效的提升，可以通過合理選擇結構形式、磁路材料、電路材料等來實現，如S系列和SH系列的油浸式三相配電變壓器主要區(qū)別就是磁路材料由硅鋼片改為晶合金，有效降低了變壓器的空載損耗。

1.4.2 更換淘汰變壓器節(jié)能效果分析

S9變壓器更換為S13（2級能效）變壓器后，空載損耗減少50%，負載損耗不變[2]，參見表3。以油田常用的80 kVA變壓器為例，從S9更換為S13，空載損耗從250 W降為125 W，負載損耗1 250 W不變。對于負載較高（50%以上）的變壓器，節(jié)電率基本為0，對于負載低于30%的變壓器，節(jié)電效果顯著，但是因為變壓器損耗占變壓器總容量的比例本來就小，所以投資回收期較長，通常10 kV的油浸式三相配電變壓器單價在230元/kVA，同樣以80 kVA油浸式三相配電變壓器為例，從S9更換為S13，按照年每年運行8 000 h，以產生最大節(jié)能量的空載方式運行，投資回收期18.4年。投資回收期較長，經濟性較差。

2 存在問題及對策

2.1 淘汰要求與經濟性存在矛盾時，可主動在企業(yè)內部進行合理周轉

對于淘汰后效率提升明顯，但是運行時間較短的設備，存在投資回收期較長的問題，在不違反國家規(guī)定同時取得更好的經濟效益，就必須主動在油田內部進行相關設備的周轉，把運行時間長、效率低，但是未被列入國家強制淘汰目錄的設備更換下來，替換運行時間短且列入國家強制淘汰目錄的設備。例如，消防水泵配套電動機可以在更換下來的低效但不在淘汰年份的電機中選擇合適的進行替代，備用的S7、S9變壓器也同樣可以由其他位置更換下來的不在淘汰年份的S9變壓器替代。

2.2 淘汰要求落后于實際更換需要時，可主動提高新裝設備的能效等級

對于更新后效率提升不明顯的設備，比如三相配電變壓器，可以選擇僅更換強制淘汰目錄中的變壓器為滿足國家節(jié)能評價要求的2級能效的產品。對于更新后效率提升明顯，且運行時間較長的設備，要主動淘汰。對于運行時間長的設備，在性價比合適的情況下，盡量選擇能效更高的產品，如同樣更換電動機，年運行時間在6 000 h時，更換為1級能效的YE4系列，比更換為2級能效的YE3系列，投資回收期縮短一半以上。同樣情況，離心泵每提高1個能效等級，能效提高5%，投資僅增加20%左右，高1級能效的產品，投資回收期比低1級能效的產品縮短一半左右。

表3 S9、S11、S13系列變壓器損耗對照

2.3 企業(yè)資金壓力大時，可采用合同能源管理模式進行淘汰更換

對于有淘汰需要，但是沒有相應資金支持的項目，可以采取合同能源管理模式進行淘汰更換。如茂名石化按照國家加快淘汰落后電機的要求，在2015年采用合同能源管理方式，完成淘汰落后電機198臺，合計功率5 516 kW，年節(jié)電可達132萬kW·h，節(jié)能效益分享期為5年，可申請政府補貼45萬元，年節(jié)能量為49.74萬kW·h，年節(jié)能效益為34.8萬元，項目可實現綜合經濟效益80萬元。

2.4 節(jié)能配套不滿足要求時，可以同時對設備進一步改造

很多設備根據原基座號進行更換，功率在小范圍內可以調整，更換完后仍存在很大的節(jié)能潛力，如風機減小風門、泵關閥門來減流減壓以及泵打回流的現象存在。根據風機和水泵的相似性，在效率不變的情況下，其流量、壓力（或揚程）、功率分別與轉速成1，2，3次方的關系[3]，所以在原型號更換電動機、風機、水泵的同時，對于能力過剩的風機和水泵加裝變頻器能取得非?？捎^的經濟效益。

3 結論

在國家大力淘汰更換落后機電設備，企業(yè)也有強烈的降本增效要求的時期，各單位在保證完成淘汰指標的同時，要抓住機會，多開展有明顯經濟效益的淘汰落后機電設備項目，通過負荷和投資回收期的計算，合理確定更新的機電設備類型，從匹配和經濟性方面入手，做好機電設備在企業(yè)內部的流轉工作，在滿足使用功能和可靠性的前提下，實現節(jié)能與經濟效益的最佳結合。