淘汰落后机电设备节能效果分析

赵鲁苏，邹文涛

（中国石化集团江苏石油勘探局节能监测站，江苏扬州 225009）

1 淘汰机电设备节能效果分析

1.1 电动机

三相异步电动机产品广泛应用于工业、农业、家用电器等各个方面，属于分布范围广、数量较多的耗能设备，是我国工业用电大户。三相异步电动机也是油田生产中的主要动力设备，据2016年统计，电动机能耗占江苏油田生产总电耗的70%以上。

1.1.1 新型三相异步电动机节能原理

电动机的效率是电动机输出功率与输入功率的比值。提高电动机的效率主要是采取各种措施降低电动机的损耗，电动机的损耗包括定子铜耗、转子铜耗、铁耗、机械损耗（风摩耗）与杂散损耗，其中后3个损耗随负载变化较小。目前对电动机机械机构的改进主要集中在改进电动机的结构、增加铜线截面积、改进风扇类型、减少机械摩擦、减少谐波等几方面。除了增加铜线的截面积在空载损耗中表现不太明显外，其余损耗都可以在空载损耗中显示出来[2]。所以测试电动机的空载损耗，有助于分析电动机的效率高低。

1.1.2 更换淘汰三相异步电动机节能效果分析

江苏油田2015－2016年共投资800余万元，使用2级以上能效的电机更换了落后的Y、YB、Y2、YB2系列电动机1 230台（26 280 kW），年均设备运行时间3 000 h，平均能效提高4.5%，平均负载率70%，年节约电能248万kW·h，按照江苏油田内部关联电价1.04元/kW·h计算，投资回收期3.2年。更换电动机后组织了能效测试评价，对电动机的空载损耗和实际工作电参数进行了测试，实测YE3系列电动机空载损耗比原Y系列电动机降低22%左右，更换后空载损耗测试数据见表1。

表1 采输卤三相异步电动机更换前后空载损耗对比

该系列电动机仅从空载损耗一个方面计算，实测节电达1.61 kW，年运行300天，节电11 592 kW·h，按照投资260元/kW，投资回收期为3.5年，效益比较可观。所以对长期运行的电动机进行淘汰更换具有很好的经济价值。

1.2 风机

1.2.1 新型风机节能原理

随着风机制造技术的进步、设计理念的革新，风机本体的机械损耗、容积损耗和流动损耗有明显降低，风机本身的效率显著提高，特别是可以采用摩擦更小的轴承甚至直接研制磁悬浮风机进一步减少轴的转动阻力，采用3D打印技术打印出形状更复杂、效率更高叶轮等方面技术的进步，明显提高了风机能效。

地理环境各要素并不是彼此孤立的，而是作为整体的一部分，与其他要素相互联系和相互作用，在特征上保持协调一致，并与总体特征相统一。在地理教学过程中要以知识的点、线、面为网络，抓住知识主干，围绕重点、难点进行学习，重在构筑一个完整的知识框架体系。但现在有种错误的时髦倾向，将知识树当思维导图，然而知识结构不等于思维导图，在某一地理要素起变化时，会给其他要素带来哪些影响，这才是我们所从事的地理学的整体性的具体体现。同时，知识迁移不等同于复制，教学中要有意识地教学生迁移知识，理解概念，在教学中要多次重复，让学生耳熟能详，在不断的在重复中形成深刻的印记。

1.2.2 更换淘汰风机节能效果分析

按照GB 19761—2009《通风机能效限定值及能效等级》、GB 28381—2012《离心鼓风机能效限定值及节能评价值》内容，淘汰类型的风机与建议更换的新风机每差一个能效等级，风机的能效相差5%左右，按照负载率70%计算，相当于系统效率提升3%左右。以常用的7.5 kW排烟风机550元/kW（含电动机）计算，同时更换后，电动机效率提高2%，风机能效提高5%，负载率70%，综合效率提升5%左右，按照年运行300天，投资回收期为1.5年。

对长期运行的风机进行淘汰更换具有很好的节能效果。从表2风机实测效率可知，该化工厂的风机系统机组电能利用率低于标准要求的节能评价值较多。投入190万元对年均运行时间超过2 000 h的6种类型25台负载率70%的风机（总功率5 800 kW）进行更换，新装风机总功率为4 500 kW，负载率80%，平均机组电能利用率为68%，年节约用电92万kW·h，投资回收期为2年，经济效益明显。

表2 2016年某化工厂风机系统效率实测数据

1.3 离心泵

1.3.1 新型离心泵的节能原理

离心泵在实际运行过程中会有能量损失，能量损失主要有容积损失、机械损失和水力损失。容积损失主要由密封效果决定，机械损失主要由轴承摩擦、叶轮摩擦和圆盘摩擦造成，水力损失主要受泵及叶轮的形状和材料影响。目前随着科学技术的进步，密封效果更好、摩擦力和水力损失更小的离心泵逐步开始取代老旧的离心泵。

1.3.2 更换淘汰离心泵的节能效果分析

依照GB 19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》、GB 32284—2015《石油化工能效限定值及能效等级》，比转速确定时，淘汰前后泵的能效提升5%左右。如某采油厂锅炉房安装的属淘汰范围之内的GC系列给水泵36台，合计功率300 kW，年运行时间2 000 h，效率38%，投资20万元对该系列给水泵进行更换（含电机），按照GB 19762—2007的要求，该排量的离心泵能效限定值为56.5%，改造后泵的效率至少提升18.5%，电动机效率由85%提高至89.2%，负载率70%不变，年节约电能7.6万kW·h，投资回收期2.6年。

1.4 变压器

江苏油田拥有变压器1 670台，容量总计348 659 kVA，型号以S9、S11、SH11为主，其中S9变压器170台（26 870 kVA），1997年以前生产的有32台（8 505 kVA）。

1.4.1 新型变压器的节能原理

新型节能变压器主要是通过降低配电变压器空载损耗和额定负载损耗实现变压器能效的提升，可以通过合理选择结构形式、磁路材料、电路材料等来实现，如S系列和SH系列的油浸式三相配电变压器主要区别就是磁路材料由硅钢片改为晶合金，有效降低了变压器的空载损耗。

1.4.2 更换淘汰变压器节能效果分析

S9变压器更换为S13（2级能效）变压器后，空载损耗减少50%，负载损耗不变[2]，参见表3。以油田常用的80 kVA变压器为例，从S9更换为S13，空载损耗从250 W降为125 W，负载损耗1 250 W不变。对于负载较高（50%以上）的变压器，节电率基本为0，对于负载低于30%的变压器，节电效果显著，但是因为变压器损耗占变压器总容量的比例本来就小，所以投资回收期较长，通常10 kV的油浸式三相配电变压器单价在230元/kVA，同样以80 kVA油浸式三相配电变压器为例，从S9更换为S13，按照年每年运行8 000 h，以产生最大节能量的空载方式运行，投资回收期18.4年。投资回收期较长，经济性较差。

2 存在问题及对策

2.1 淘汰要求与经济性存在矛盾时，可主动在企业内部进行合理周转

对于淘汰后效率提升明显，但是运行时间较短的设备，存在投资回收期较长的问题，在不违反国家规定同时取得更好的经济效益，就必须主动在油田内部进行相关设备的周转，把运行时间长、效率低，但是未被列入国家强制淘汰目录的设备更换下来，替换运行时间短且列入国家强制淘汰目录的设备。例如，消防水泵配套电动机可以在更换下来的低效但不在淘汰年份的电机中选择合适的进行替代，备用的S7、S9变压器也同样可以由其他位置更换下来的不在淘汰年份的S9变压器替代。

2.2 淘汰要求落后于实际更换需要时，可主动提高新装设备的能效等级

对于更新后效率提升不明显的设备，比如三相配电变压器，可以选择仅更换强制淘汰目录中的变压器为满足国家节能评价要求的2级能效的产品。对于更新后效率提升明显，且运行时间较长的设备，要主动淘汰。对于运行时间长的设备，在性价比合适的情况下，尽量选择能效更高的产品，如同样更换电动机，年运行时间在6 000 h时，更换为1级能效的YE4系列，比更换为2级能效的YE3系列，投资回收期缩短一半以上。同样情况，离心泵每提高1个能效等级，能效提高5%，投资仅增加20%左右，高1级能效的产品，投资回收期比低1级能效的产品缩短一半左右。

表3 S9、S11、S13系列变压器损耗对照

2.3 企业资金压力大时，可采用合同能源管理模式进行淘汰更换

对于有淘汰需要，但是没有相应资金支持的项目，可以采取合同能源管理模式进行淘汰更换。如茂名石化按照国家加快淘汰落后电机的要求，在2015年采用合同能源管理方式，完成淘汰落后电机198台，合计功率5 516 kW，年节电可达132万kW·h，节能效益分享期为5年，可申请政府补贴45万元，年节能量为49.74万kW·h，年节能效益为34.8万元，项目可实现综合经济效益80万元。

2.4 节能配套不满足要求时，可以同时对设备进一步改造

很多设备根据原基座号进行更换，功率在小范围内可以调整，更换完后仍存在很大的节能潜力，如风机减小风门、泵关阀门来减流减压以及泵打回流的现象存在。根据风机和水泵的相似性，在效率不变的情况下，其流量、压力（或扬程）、功率分别与转速成1，2，3次方的关系[3]，所以在原型号更换电动机、风机、水泵的同时，对于能力过剩的风机和水泵加装变频器能取得非常可观的经济效益。

3 结论

在国家大力淘汰更换落后机电设备，企业也有强烈的降本增效要求的时期，各单位在保证完成淘汰指标的同时，要抓住机会，多开展有明显经济效益的淘汰落后机电设备项目，通过负荷和投资回收期的计算，合理确定更新的机电设备类型，从匹配和经济性方面入手，做好机电设备在企业内部的流转工作，在满足使用功能和可靠性的前提下，实现节能与经济效益的最佳结合。