1、XX焦化有限公司动力分公司6000t/h循环水泵变频节能改造项目建议书 一、项目概述1.1项目背景XX焦化有限公司是以煤炭为主要原料进行煤气化生产并综合利用的大型煤化工企业。目前资产总额55亿元，占地面积126万平方米，员工4千多人，是XX市重点能耗单位，属国家千家重点能耗企业之一。作为国内煤炭综合利用水平最高的企业之一，公司各级领导对节能工作相当的重视,公司的节能改造工作也取得了非凡的成效。为进一步落实国家提出的在“十一五”期间单位GDP能耗降低20%的要求，XX焦化朝着“管理节能，技术创新节能，优化产品结构节能”的思想将节能降耗工作进行了更深入的开展和不断的完善，力求发挥节能模范先锋作用，2、成为节能降耗的标兵。日前，针对一些具有能耗高、效率低、容量不匹配等特点的设备，焦化公司各级领导提出了技术改造节能的要求。为此，我公司在焦化相关部门的安排下，对XX焦化有限公司动力分公司循环水系统进行了详细的调查，掌握了大量详实准确的设备运行数据及设备运行工况，并且会同焦化公司、动力分公司等相关部门负责人就节能改造技术可行性、具体要求等方面进行了技术交流和沟通，最终本公司制定了本项目建议书。1.2方案目标及设计原则12.1本方案以节能为目的，在满足企业生产情况下，全面考虑设备及工艺过程控制节能降耗的方法和途径，提升设备运行电能使用效率。1.2.2本方案根据现场实际的要求，从设计、选型、制作、安装3、以及防护等方面考虑其安全性和可靠性。1.2.3根据XX焦化动力分公司相关人员的要求，以及循环水系统现场工艺的实际需求，来考虑本方案内节能设备的可操作性和维护的方便性。二、系统概况动力分公司循环水装置主要功能是负责向碳一分公司、气体分公司、炼焦分公司及动力分公司本身输送质量合格的循环水，用以冷却工艺介质，确保碳一分公司、气体分公司、煤气分公司和炼焦分公司使用循环水的装置运行正常。其中，此次现场调查对象为动力分公司循环水装置中的6000t/h循环水系统，该装置承担着向碳一分公司15万吨甲醇装置、醋酐装置设备，提供循环水的任务。 2.1设备技术参数 设备技 术 参 数水泵型号 20SAB-10功率 4、430KW扬程 50m转速 980r/min流量 23003/H数量 2台型号 20SAB-10功率 400KW扬程 59m转速 959r/min流量 20163/H数量 2台电机型号 YKK450-6功率 500KW相数 3接法 Y转速 991r/min功率因素 0.89频率 50H冷却方式 611定子电压 6000V电流 58A绝缘等级 F安装形式 B3防护等级 IP54数量 4台2.2工艺过程该循环水系统，由四台电机和四台水泵组成，其工艺流程示意图如下：冷却塔集水池循环水泵换热设备集水池中的水通过循环水泵，送入换热设备与工艺介质进行间接或直接的热交换，通过带走工艺介质的热量以满足生产装置5、的工艺要求，被加热的水通过回水管线进入冷却塔配水管，通过配水支管和喷头，自上而下地以水滴和水膜的状态通过淋水装置聚氯乙烯薄膜填料。冷空气由冷却塔两侧的进风口进塔,与填料上的水膜进行热交换,使热水冷却变成冷水落入冷却塔的集水池，再由循环水泵送入换热设备进行循环使用。 2.3设备现场使用状态循环水泵使用规律为“三用一备”，A、B水泵为常开，C、D水泵任意开启一台，另一台作为备用，其“启动、停止”控制由远方操作室值班人员完成，启动方式为直接启动。工艺设计该循环水系统的供应能力为6616 m3/h，管网压力为0.35Mpa。在实际运行过程中，甲醇装置需求量为42005300 m3/h，醋酐装置需求量为6、1200m3/h，循环水的实际需求总量为54006500m3/h，而根据焦化公司相关人员介绍，循环水需求总量在5500m3/h时完全可满足工艺要求。现场调查数据如下：循环水A泵阀门开度为50%，电机运行电流为53A，管网压力为0.68MPa；循环水B泵阀门开度为50%，电机运行电流为53A，管网压力为0.66MPa；循环水C泵阀门开度为50%，电机运行电流为48A，管网压力为0.48MPa；循环水D泵没有开启；2.4系统存在问题分析（1）循环水泵设计输送能力远大于实际需求，电能浪费严重在实际生产过程中，循环水系统流量为5500m3/h时即可完全满足工艺要求，而此流量远小于设计输送能力6616 7、m3/h。目前该循环水泵电机为工频定速运行，无法通过转速调节调整水泵流量，因此，为匹配循环水用户的实际需求量，只能采用阀门调节的方式调整水流量，从而造成很大部分的电能浪费在做“无用功”中。（2）电机直接启动,启动冲击电流大由于电机采用直接启动，启动电流较大，一般为额定电流的4-7倍。因此在启动时，不但对电机绝缘造成损害，同时还会对电网造成了严重的冲击，影响电网上其他设备的稳定运行。另外，电机在直接启动时，由于管网内水量在极短时间内的发生巨大变化，有可能产生“水锤效应”，对管网设备寿命极为不利。（3）阀门控制时节流损耗大由现场调查得知，三台水泵阀门开度均为50%，水泵长期处于“憋泵”状态（工艺上8、管网压力要求为0.35 MPa，实际运行中水泵出口压力最小为0.48 MPa，最大为0.68MPa，远大于工艺要求值），加速了阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差，同时还会有部分能耗消耗在节流损失中。（4）低功率因数从现场调查数据来看，设备额定功率因数不高（0.89），实际功率因数更低,大量的无功消耗在线路及电机的铜损、铁损中，增加了电能损耗，降低了设备电能的使用效率。三、系统方案设计3.1 6000t/h循环水系统变频改造系统设计方案为解决现有水泵系统中存在的水泵设计输送能力远大于实际需求量而造成的电能大量损耗的问题，同时起到较好的控制功能及节能效果，我公司建议对该循环水泵系统进行变频改造，改9、造水泵为A泵。我公司根据现场工况并结合动力分公司具体技术要求，对该变频控制系统采用“一拖一”开环控制方式。同时，根据循环水系统现场配电间、电机水泵现场、值班操作室布局分散的特点，为方便值班人员的操作和对设备的状态监控，在电机水泵房安装一个远程控制箱，在水泵操作室安装一个变频设备状态显示箱。整个系统硬件由1套高压变频器，1个机旁控制箱（户外型），1个变频状态显示箱组成。系统原理图如下所示：3.2设备选型以电机容量500kw及额定电流值(58A)作为选型参考，为保证高压变频器的安全使用，设备选型如下： 变频器型号：DHVECTOLDI0630/6B （额定容量：630KVA）变压器型号：ZTSGF10、630/6 设备整体外行图如下：此变频器使用工业标准柜体拼接。标准配置：控制柜48013302200、单元柜100013302200、变压器柜162013302200，3.3控制功能及相关参数显示具体介绍如下(1) 就地控制当高压变频器设备控制面板打到“就地”时,能实现在变频室对设备的启动、停止、调速、历史故障查询等功能。（2）机旁控制由于动力分公司要求环水泵系统能在循环水泵第一现场实现对水泵的控制操作，因此，在水泵现场安装一个远程控制盘，通过屏蔽电缆与变频器连接，能够方便实时的实现对变频器的各类操作及监控。具体能够实现以下功能：* 变频器运行状态显示* 变频器故障报警显示* 变频器启动命令*11、 变频器停止命令* 变频器给定频率* 变频器输出频率显示注：以上参数及控制功能可根据用户的具体要求进行增减。（3）远方控制在值班操作室内，安装一个变频设备状态显示箱，方便操作室值班人员对设备当前状况的观察。其设备状态显示箱主要由频率表、指示灯及其他相关辅件组成。具体显示功能如下：* 运行频率指示* 变频器工频/变频指示* 变频故障报警指示* 变频器运行状态指示注：以上显示功能可根据用户的具体要求进行增减。3.4施工要求(1)控制系统的改造控制系统的改造很容易实现，因客户的正常操作需要在第一现场进行，因此只需要用屏蔽电缆将机旁控制箱与变频器连接起来即满足远方操作控制的要求。对于远程控制柜，可将变12、频器的相关控制端子通过控制电缆引入到原水泵操作室的设备状态显示箱即可。（2）电机侧的改造 电机侧的改造主要是高压部分的主连接线的改造，我们只要按照系统原理图所示在电机侧将原来的工频输入电线连接到变频器的输入侧，然后从变频器的输出侧再接到高压电机的三个输入点即可。（3）土建要求变频器改造的土建要求主要为如下几点：* 有足够的安装容积。* 便于挖出走线的地沟。* 按照设备接地要求敷设接地网，满足接地电阻的要求，保证设备正常工作和人身安全。* 变频器安装地点应设置工字钢，这样可以使设备安装平稳，能够减少震动，也能够抵抗外界的地震对设备造成的影响。（4）安装位置 甲醇二高配。四、改造目标通过对动力分公13、司的循环水泵系统进行变频改造，可实现以下目标和结果：4.1 在满足工艺要求和用户循环水需量的前提下，能够实现对水泵电机的灵活调速。实现较好的节能效果。节能效果目标值：30%左右。4.2 实现变频软启动，减小电流冲击，消除了大电机对电网电压波动的影响以及大电流启动时的冲击力矩对电机的损坏。4.3 延长电机、管网、和阀门的寿命，减轻维修人员的工作量，降低维修费用。4.4 优化原控制系统，提高设备运行功率因数及设备的运行效率。4.5 减少操作工人工作量，便于操作工人操作控制。五、变频调速节能原理介绍5.1变频调速节能水泵是典型的变转矩负载，变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。水泵的电动机的轴功14、率P与其流量Q，扬程H之间的关系式如下： PQH （1）当流量Q1有变化到Q2时，电动机的转速为N1、N2,此时Q、P、H相对于转速的关系如下： Q2=Q1(N2/N1) （2） H2=H1(N2/N1)2 （3） P2=P1(N2/N1)3 （4）而电动机的轴功率P和转矩T的关系为： TP/N （5）因此， T2=T1(N2/N1)2 （6）由式（4）和式（6）可以看出，水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。图01（a）显示出水泵的压力与流量的关系曲线，图01(b)显示出转矩与电机速度的关系曲线：从图01(b)中可以看出，在低速时，电动机功率会有很15、大的下降。由于水泵运行于额定转速以上是恒定功率调速，此时水泵效率很低，机械磨损很大，容易损坏电机。从理论上讲，速度降低10%时会带来30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。下表为速度降低后的理论节能表：N2/N1100%90%85%80%70%60%50%P2/P1100%73%61.4%51%34%21.6%13.0%节电率027%38.6%49%66%78.4%87%另外，根据水泵工作原理与运行曲线，我们可以得到下图中的100转速运行特性曲线（阻抗曲线），这条曲线配合水泵在不同流量运行时可以得到在未应用变频调速情况下使用阀门调节流量时的功率。采用阀门控制、变频控制16、时水泵能耗特性如下图： 由此可见，采用变频调速装置调节流量时，水泵消耗的功率几乎是理论最低耗能值。在流量为60%时,阀门控制消耗电机额定功率的约85%，而变频控制只有消耗电机额定功率的约25%。采用变频调速装置在泵类等具有平方转矩特性的负载时，可以节约大量的能量。5.2功率因数补偿节能 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，使设备使用效率低下，浪费严重。由公式 P=S*COS Q=S*SIN其中：S视在功率，P有功功率， Q无功功率，COS功率因数，可知COS越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之17、间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COS1，从而减少无功损耗，增加电网的有功功率，更重要的是使水泵工作效率总是处于最佳工作状态。3、软启动节能由于电机为直接启动或Y/启动，启动电流等于47倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还对电网容量要求过高，启动时产生的震动和冲击对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻对电网的冲击和对供电容量的要求，同时通过对升速时间的预置来延长启动过程，使启动过程中的动态转矩大为减小，从而能有效地避免“水锤效应”的产生，18、极大减小对管道、阀门及检测元件的冲击，延长设备和阀门的使用寿命，节省设备的维护费用。同样在停机时，采用变频软停止，也能有效的避免“水锤效应”。六、投资效益分析 此次改造采用“一拖一”的方式，因此只针对单台水泵电机进行节能效益计算。6.1水泵系统阀门调节时耗电成本（M1）根据现场调查数据可知，A泵运行时，阀门开度为50%，实际运行电流为53A，因此在阀门控制时P阀 =3UICOS=1.7326000530.80 =440.6kw全年以8500小时运行时间计算，则年度耗电量为：年度耗电量 = 440.6kw8500h =3745100kwh电费以0.66元/度计算，则年度耗电成本为：年度耗电成本（19、M1）= 3745100kwh 0.66元/kwh = 2471766元6.2水泵系统变频调节时耗电成本（M2）设A泵电机效率为90%，变频器效率为95%。系统循环水流量为5500m3/h时完全满足工艺要求，那么，在3台水泵运行时，A泵实际输送水量约为 5500/3 = 1833m3/h即可满足流量要求，在使用变频器后，根据泵类负载转速、流量关系设定频率为：F=（Q变频/Q额定）50=（18332300）50 = 39.8Hz即变频器输出频率为40Hz时可满足工艺要求。采用变频调节后（阀门的开度设置为70%），由流体力学知识可知，电机输出功率为： P变频 = P额(N2/N1)312 = 5020、0（40/50）30.900.95 =299.4kw年度耗电量：= 299.4kw8500h = 2544900kwh年度耗电成本（M2）= 2544900kwh0.66元/kwh = 1679634元6.3年度直接节电效益（M3） 节电率 = （P阀 P变频）/ P阀 = (440.6-299.4)440.6 = 32% 年度节电效益（M3）= M1 M2 = 24717661679634 =792132元6.4年度间接节省效益（M4） 延长电气设备以及水泵、管道等设备寿命，降低设备维护维修费用（暂无法估计，但从长远来看，其节省经济效益应该是相当可观的）。 6.5投资回报期估算： 根据此前工21、程改造经验，投资回报期预估为1-1.5年。七、高压变频器相关技术参数及特点7.1主要技术参数：* 主电路方式：单元串联式高压变频器* 控制方式：VVVF* 输入电压：6kV10 3相* 输入频率：50Hz5* 输出电压：06kV 3相* 输出频率：050Hz* 输出频率精度：0.05%* 输出频率分辨率：0.01Hz* 系统加减速时间：13000秒可调（不带负载的数据）* 功率因数：0.96（20%负荷以上）* 效率：95.5%（与设备的容量有关，最高可达97.5）* 过载能力：120%额定电流值下60秒 * 防护等级：IP2031可选（根据现场情况，建议选择IP30）* 保护设置：输入过压、22、欠压、缺相；输出过载、短路；功率单元超温，移相变压器超温，冷却风扇故障，机柜门状态保护等等* 故障诊断方式：计算机自诊断* 系统结构方式：模块化单元式结构* 显示操作方式： LCD液晶* 功能设置：液晶面板* 故障切换：单元自动旁路* 柜体型式：组合型* 标准配置（变压器柜+控制柜+单元柜）7.2变频器的运行环境及电源要求使用环境条件：* 安装地点：高配室* 室内温度：0+40* 海拔高度：1000m* 相对湿度：95%（20时）不凝露* 抗地震能力（带机座）：按7级设防* 地面水平加速度：0.2g* 用户接地网接地电阻：4电源条件：* 变频装置动力电源与控制电源独立设置。贵方需提供1路控制电23、源型式为380V10、50Hz（+1%，-2%）的三相四线制电源。7.3变频器主要性能特点：（1）输入谐波小：变频器使用多重化整流技术，输入侧电流畸变率：4%（30%负载以上）；输入侧功率因数：0.96（20%负载以上）符合GB14549-93及IEEEE519-1992对电压、电流谐波失真严格的要求。使用时，变频器对同一电网上用电的其它电器设备不产生谐波干扰。还能防止与其它变频调速装置之间的“串联干扰”。因此完全不需要用户另 外配置谐波治理装置，从而为用户节省安装谐波滤波器装置的费用。（2）高功率因数：变频器在全速范围内都可维持高功率因数，标准值可达到0.96以上。可减少由于功率因数太低而引24、起的谐波问题和设备的利用率问题。从而避免额外罚款并降低其他费用，如供电线路、断路器、变压器的容量不必由于无功功率而增加。高效率，标准值达到95%以上；（3）输出脉动转矩小：标准值小于1%，。不需要外部输出滤波器就可提供正弦输出电压，变频器有较低的输出电压失真，几乎不增加电机的运转噪音。较低的输出谐波电流（低于4%），避免电机发热和转矩脉动。从而减少设备上的机械应力。（4）节能效果明显：如上所分析使用变频器可以自动调节电机转速与符合匹配，达到节能的目的。（5）可靠性高，维护方便。DHC变频器均采用单元模块化技术方案，便于设备的维护和维修。IGBT模块的驱动和保护采用高可靠性专用驱动模块电路。功率25、单元组建具有互换性，若出现故障，可在几分钟内用简单工具进行更换维修。（6）电机软启动，无冲击电流。变频器对电机进行软启动，启动时间设定，确保电机的安全运行并延长其使用寿命；启动过程对电网不会产生冲击电流。（7）变频器具有瞬时停电再启动功能，在高压母线切换、母线上大电机启动、母线上成组电机启动或其它原因造成的母线瞬间失电，3秒内复电，变频器保持正常运行不停机。（8）降低电机磨损，节省维护费用。变频器降低电动机转速不仅能达到大量节能的目的，而且电动机及其负载的机械磨损也大大降低，可明显节省维护费用。八、项目施工方案 8.1编制依据说明本施工方案的依据例如：* XX焦化动力分公司实际需求及生产情况*26、 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50168-92* 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范GB50171-92* 电气装置安装工程电力变流设备施工及验收规范GB50255-96* 电气装置安装工程接地施工及验收规范GB50169-92* 电气装置安装工程电气设备交接试验标准GBJ50150-91* 建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-2002* 施工现场临时用电安全技术规范JGJ46-88* 安纳捷公司在多项类似工程中的施工经验。8.2工程概况主装置负荷为水泵负荷，对变频装置配备有旁路装置，确保设备检修时的人身安全和生产的连续性。主要工程量 暂略施工准备* 由技27、术负责人组织参加施工的人员认真熟悉施工图纸及相关设计文件、标准 规范，掌握设计意图及设计要求，对图中所选用的电气设备和主要材料进行 统计。做好施工图纸的审查、会审，参加设计交底及图纸会审。* 按施工程施工计划备齐施工用料及施工机具。* 技术负责人组织进行工程设备及材料的检验工作，要求设备、材料的规格、型号、数量应与图纸一致，附件、备件、质量合格证及技术文件齐全，同时应符合规范要求，按照要求及时进行施工前的报验，并作好检验记录。* 根据项目特点，组织学习安全规程及规章制度，开工前对施工人员进行全面的安全技术交底。8.4施工程序 在办理好开工的所有相关手续后，各部分工作人员进入现场按照施工计划进行28、施工作业。其施工流程安排如下：开始变频系统到位电缆敷设检查测试变频系统控制显示调试安装调试变频柜试运行工程验收资料交付项目结束变频房土建施工设备显示盘安装远程控制盘安装九、工程验收方案9.1工程验收流程在工程施工完成以后，为确保项目达成双方认可之效果，保证项目的投资回报周期，并顺利实现项目的验收。我方将对项目效果实施一系列公正有效的验证，其具体步骤如下开始组建验收队伍工程验收测试旁路状态数据测试节电状态数据出具项目验收报告结束9.2验证方法根据动力分公司循环水系统节能改造项目工况的具体情况，采用相等时间循环水泵相同水流量耗电量对比的方法，即把节能改造前后耗电量进行对比，从而计算出节电率。*验证29、方法也可由双方可根据现场实际运行情况及可操作性等进行商讨后确定。9.3验证步骤第一步：双方组建验收队伍；第二步：确定验证周期以 10 天为一个计量周期；第三步：首先记录不投入变频设备时，正常连续生产10天的用电量（P前）；第四步：然后记录投入变频设备时，正常连续生产 10 天的用电量（P后）；第五步：节电率=（P前P后）/P前100%9.4 验收条件测试需在同等条件下进行：o 电网电压相对一致（较平稳）；o 对比测试时间相同；o 设备运行工况稳定；o 设备故障、待机、检修等非正常状态应排除在外o 测试改造前后的供水量基本相同。9.5 测试要求 为确保本节电项目科学、顺利、高效实施，要求如下：o30、 用户方成立项目小组，要求由操作、记录、审核人员共同组成，要求分工明确，责任到人。o 测试前双方应明确测试流程及整体时间规划，严格执行，确保进度。9.6 测试工具有功电度表或其他电能计量仪器（用户自定）9.7 测试数据表（见附件）十、服务和保障计划(1) 质量保证计划项目实施方法和手段为了能够满足此项目的质量要求，特制订专用于工程等项目的质量保证计划。在规定的质量保证期内，对由于设计、工艺或材料的缺陷而造成的任何缺陷或故障负责。根据技术附件的质量要求，逐条评审XX焦化的要求，提供本公司的最佳设计方案、工艺方案和质量保证措施，以获得XX焦化的认可。合同生效后，工程部设计、编制技术文件，并组织相关31、部门进行设计评审，安排组织实施该项目。项目的资源配置为了使工程项目设计方案、工艺方案及其他作业技术和活动能够达到质量要求，我们将全力以赴，以最精干的人员配备，组织生产，保证在合同规定的交货期内交付用户，并协助完成现场安装指导、调试、培训有关操作人员。最终以优质的工程质量交用户验收。培训我公司将对用户的操作、维修技术人员进行技术培训。本公司对工程项目建立专有工程安装档案和使用档案，实施优质的售后服务。(2)售后服务计划本公司对本方案内的节能设备承诺如下：* 免费保修期为1年，产品使用寿命为10年；* 本公司严格执行全程无忧的服务标准，一年365天提供24小时友好、专业和快捷的就地技术支持与服务，32、紧急情况下2小时内到达XX焦化现场进行问题处理和设备维修；* 提供长期免费技术支持，保修期外终生有偿上门维修。在保修期内，我方承诺定期对产品进行巡检，巡检记录交由用户单位备案；* 在保修期内免费对产品软件进行升级；* 免费为XX焦化提供应用和维护的技术培训，达到培训人员能正确使用、维护和理解产品的相关技术知识。节能改造项目效果测试数据表用户名称测试地点测试工具测试对象 设备型号改造设备标称参数负荷状况说明测试数据记录状态日期日耗电量（Kwh）循环水流量（m3）单位流量耗电量（Kwh/ m3）备注改造前合计改造后合计平均节电率测试结论及测试说明测试人员用户方施工方签名或盖章/日期:签名或盖章/日期: