胜利油田供水公司滨南分公司永磁调速节能改造可行性分析.pdf

供水泵永磁调速 可行性研究报告 供水分公司 2015 年 4 月 23 日 （技改项目名称）可行性研究报告 项目名称：建设单位：项目负责人：编制单位：编制单位负责人：编制人员名单：审 核 人：审 定 人：（技改项目名称）可行性研究报告 目 录 第一篇 总论.1 第一章 可行性研究的主要结论和建议.1 第一节 项目建设的依据和必要性.1 第二节 推荐方案.1 第三节 未推荐方案.1 第四节 结论与建议.2 第二章 项目范围、依托条件、实施计划及人力资源.3 第一节 项目范围.错误!未定义书签。第二节 项目建设的依托条件.错误!未定义书签。第三节 项目实施计划.错误!未定义书签。第四节 组织机构与人力资源配置.错误!未定义书签。第二篇 市场分析及预测.错误!未定义书签。第三篇 工程技术方案研究.3 第一章 建设规模、总工艺流程.3 第一节 建设规模.3 第二节 总工艺流程描述.错误!未定义书签。第三节 产品方案选择.3 第二章 工艺技术、设备及自动化.4 第一节 工艺技术选择.错误!未定义书签。第二节 技术方案选择.错误!未定义书签。第三节 主要设备方案选择.5 第四节 自动化控制系统.7 第三章 建设地区条件及建址选择.错误!未定义书签。第五章 储运系统、厂内外工艺及热力管网.错误!未定义书签。第六章 公用工程.9 第七章 辅助生产设施.错误!未定义书签。第四篇 生态环境影响与 HSE 分析.错误!未定义书签。第一章 环境保护.错误!未定义书签。第二章 劳动安全卫生与消防.错误!未定义书签。第三章 能源利用分析及节能措施.错误!未定义书签。第一节 概 述.错误!未定义书签。第二节 能耗构成分析.错误!未定义书签。第三节 工艺装置节能方案研究.错误!未定义书签。第四节 全厂用能综合技术方案研究.错误!未定义书签。第四章 水资源利用分析及节水措施.错误!未定义书签。第一节 现状分析.错误!未定义书签。第二节 节水措施.错误!未定义书签。第三节 水耗指标分析及结论.错误!未定义书签。第五章 清洁生产.错误!未定义书签。第五篇 经济分析与社会评价.12 第一章 投资估算.12 第一节 投资估算的范围和依据.错误!未定义书签。第二节 投资估算.错误!未定义书签。（技改项目名称）可行性研究报告 第二章 融资方案.12 第一节 资金筹措.错误!未定义书签。第三章 财务评价.错误!未定义书签。第六篇 风险与竞争力分析.错误!未定义书签。（技改项目名称）可行性研究报告-1-第一篇 总论 第一章 可行性研究的主要结论和建议 第一节 项目建设的依据和必要性（一）项目建设的依据 根据国务院办公厅关于印发 2014-2015 节能减排低碳发展行动方案的通知的精神，要加强工业节能降碳，要加强高效节能技术的推广。（二）项目建设的背景和必要性 供水公司滨南分公司的供水泵功率为 160kW，转速为 1481rpm，电压 380V，水泵的额定流量1250m/h，扬程35m，实际流量900m/h，实际工作所需压力为0.33MPa，年运行时间 8700h，实际工作功率 143kW，实际工作通过阀门开度小，能耗较高，节能改造的潜力比较大。（三）指导思想和原则 符合以下国家强制标准：1、节能技术监督导则DL/T1052-2007 2、中国节能技术政策大纲2006 年 第二节 推荐方案 1、永磁调速 永磁调速目前在全国还是一个新兴产业，目前该产品在全国各种企业节能项目中所占比例虽然还很少，但是其节能效果已经体现出来，调节执行器调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置，以改变永磁转子和导体转子耦合的有效部分，即可改变两者之间传递的扭矩，能实现可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，实现调速节能的目的。其工作原理简单，节能效果明显，由于机械结构简单，安装调试成功之后维护费用大大低于其他节能产品。特别是在离心风机和离心水泵中节能效果特别明显。通过现场勘测和实际数据采集，证实供水公司滨南分公司供水泵具备上永磁调速所需的各种条件。第三节 未推荐方案 1 液力偶合器，一是现场安装条件不具备；二是出现故障检修困难；三是调节精度不够，指令与反馈偏差较大。（技改项目名称）可行性研究报告-2-2 变频器，一是对环境要求很高，而供水公司现场空气湿度大，直接安装到现场变频器的故障率会很高；二是现场需要单独修一个空调房或者寻找专门的空间，占地空间大。所有比选方案的对比表。推荐方案 不推荐方案 方案一 方案一 方案二 项目名称 永磁调速改造 液力偶合器改造 变频器改造 投资费用 高 中 高 节能效果 好 一般 好 安装条件 具备 具备 具备 运行优点 精确控制制粉参数 较精确控制制粉参数 精确控制制粉参数 后期维护 基本不用 偶尔出现 偶尔出现 维护难度 低 较低 高 维护费用 低 低 高 第四节 结论与建议 1 结论 永磁调速工作原理十分简单，其安装场地要求不高，可以实现 DCS 自动控制，由于其整个设备没有十分复杂的构造，工作起来不容易出现故障。现场有循环水系统，不需要单独增加冷却装置。2 建议 永磁调速为一项新兴的节能产，全厂投资并使用该产品还属首例，产品的各种信息还不是很完善，车间和设备处首先需要派相关技术人员到厂外进行永磁调速调研，充分了解永磁调速的实际运行情况和节能效果，同时验证永磁调速的可靠性。其次是详细了解永磁调速对环境和实际安装的特殊要求，现场条件是否完全具备。需要厂家派相关技术人员进行现场勘测，确定永磁调速选型以及后期土建施工方案，需要设计出最匹配现场排粉机型号的永磁磁调速器。技术协议需要写清楚各项附件的费用问题，土建、安装、后期维护等内容都要清楚写明责任方。（技改项目名称）可行性研究报告-3-第二章 项目范围 该项目涉及一台永磁调速节能改造，待改造设备为外输泵房利滨线系统中的 1台离心泵，项目工程需要将电机后移，重新浇筑基座。修改控制系统（DCS 或 PLC）监控画面相关参数和操作位号。项目建设的范围包括主体工程和配套工程，具体见下表.项目建设范围 名称 具体施工项目 基础土建 电机后移，重新根据实际图纸进行基础浇筑 永磁调速装置 安装永磁调速装置以及配套附件 控制系统监控画面 增加和修改监控界面 就地控制柜 就地安装一个现场控制柜（可以不要改项目）第二篇 工程技术方案研究 第一章 建设规模、总工艺流程 第一节 建设规模 外输泵房利滨线系统的 1 台离心泵增加永磁调速器。第二节 产品方案选择 产品方案比选 产品厂家 美国 MagnaDrive 南京艾凌 调节主要原理 通过调节磁体和铜导体之间的间距来控制电机与被动设备的转速差 通过调节磁体和铜导体之间的感应面积来控制电机与被动设备的转速差 冷却方式 500kw 以下风冷，500kw 以上水冷。500kw以下风冷，500kw以上水冷。噪声 110-130dB 80-95dB 调速范围 30-98%25-98%永磁工作温度 -40-120 -40-120 调节灵敏度 3%偏差（实际考察）1%偏差（实际考察）设备故障率 低 低 产品方案推荐 推荐南京艾凌节能有限公司生产的永磁调速器，改调速器主要有以下几个优点，一是永磁调速器性能好，运行噪声低，调速范围大，调节精度高；二是投资费用相对 （技改项目名称）可行性研究报告-4-较低，回报周期短。第二章 技术方案的选择（一）工艺技术选择 永磁驱动技术近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、泵类离心式负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机、泵类离心式负载节能技术改造的首选。三种常用调速技术比较 序号 描述 变频调速 液力耦合调速 永磁调速器 1 总费用 较高 较高 最低 2 对中要求 激光对中，要求较高 激光对中，要求较高 较低（2mm）不需要激光对中 3 减振效果 较好 较好 降低 50-85%4 维护工作量及成本 很高 很高 最小（零件最少）5 过载保护 可靠。异常停机恢复时间长。可靠。异常停机恢复时间长。最好，可完全脱开。6 对现有设备的影响 高次谐波易破坏电机的绝缘，使电动机和负载的寿命降低，维护工作量增大。低速时，对于内冷电机散热变差。产生轴承电压和轴承电流，使轴承和密封件的寿命缩短。联轴器磨损问题较大 最小。延长电动机系统现有设备寿命的基础上，完全去除了轴向存在的附加载荷，使轴承负担更小，寿命更长。整个系统的可靠性更高。7 设计寿命 5-10 年 10 年 20-30 年 8 电压波动对电机系统的影响 影响大，可能导致变频器工作异常或者停机 影响较小 与调整气隙方式的永磁调速器一样。（技改项目名称）可行性研究报告-5-9 节能效果 最高 损失较大，节能效果最低 节能效果与变频器相当。在低速时，节能效果比变频器稍差。10 软启动 性能较高。启动时间较长。有较大的热量产生。性能较好，可以对电机和负载独立启动。电机和负载可以独立启动，能够实现 0 负载启动，对电网影响最小，启动时间较短，产生的热量最小，性能最好 11 精度 最高 很低 很高 12 设备价格 较高 最低 较高 13 调速范围 最大（可超频）最小 30-98%14 体积 最大 较大 最小 15 结构 最复杂 较复杂 最简单，元器件最少 16 对环境的影响 产生大量的谐波，同时电网的质量又影响变频器的正常运行。对使用环境有较高的要求，包括不能用在腐蚀、爆炸、潮湿、粉尘较高的场合。同时对电机也有较高的要求。不产生谐波，液压油易污染环境。与调整气隙方式的永磁调速器一样 17 可控性 最好 较好 较好 18 安装调试 需要专门的房间，安装调试复杂，周期长 安装调试复杂。比调整气隙方式的永磁调速器结构更简单，安装调试更方便 19 日常维护 需要专门的技能和维护平台，对维护人员要求较高 工作量大，由于振动问题，轴承磨损大，更换周期短。同时还存在漏油现象。不需要专门的技能和维护平台。结构最简单，维护工作量最小，不需要专门的技能和专有维护平台。由于不存在轴向载荷，轴承使用寿命更长。（二）主要操作条件 永磁调速器可通过控制系统远程监控，也可通过就地显示柜监测以及手动调节。（三）推荐工艺方案的描述 永磁调速器本身不需要耗电。第一节 主要设备方案选择（一）设备方案比选 1、永磁调速器的选型 （技改项目名称）可行性研究报告-6-由于负载轴功率为 160kW，所以选用风冷系列永磁调速器，其参数性能表如表 1。表 1 永磁调速器的基本参数 型号 ALT490S 功率 160kW 额定转速 1500rpm 噪音 80dB 转速精度 1%2、电动执行机构的选型 ALT490S 型的永磁调速器调节器的调节扭矩为 1000Nm，安全系数 2 左右，对应型号为 SND-QJT100，其基本参数见表 2。表 2 电动执行机构 SND-QJT100 基本参数 供电电源 380V10%50Hz1%环境温度-2060 相对湿度 95%（+25）输入信号 420mA DC 输出信号 420mA DC 死区 1%9%可调 工作制式 S5 制（间隙工作，有电制动）输出扭矩 1000N.m 备选品牌 PS，备选型号 PSQ1002-AMB，基本参数与SND-QJT100 相同。3、联轴器 可选联轴器有弹性柱销联轴器和膜片联轴器。弹性注销联轴器设备对中、设备安装方便快捷，传动效率高，膜片联轴器中途设备维护方便，但对中要求高，寿命低，传动效率低。综合起来选用弹性柱销联轴器较好，选用型号为 LT9。公称转矩为 1100Nm,材质为钢，许用转速为 2400r.min-1，重量为 30kg 以上。4、电机底座和永磁调速器底座 电机底座和永磁调速器底座由我永磁厂商按设备配做。5、联轴器防护罩 联轴器防护罩由我公司设计并配备。7、电气控制方案 控制主要由现场 DCS 完成，由永磁调速厂商在现场配置接线箱，并将主要参数就地显示，我公司进行 DCS 改造。（二）设备方案描述 表 4 永磁调速器设备配置表 产品 规格 数量 单位 性质 用途 （技改项目名称）可行性研究报告-7-永磁调速器 ALT490S 1 个 必配 永磁调速器底座-1 个 选配 安装调速器用 永磁调速器底座地脚螺栓-1 套 电机底座-1 个 选配 电机安装用 电机底座地脚螺栓-1 套 电动执行机构 SND-QJT100 1 套 选配 永磁调速用 电动执行机构连接件-1 套 电动执行机构安底座-1 个 选配 电动执行机构安装用 联轴器 LT11 2 套 选配 连接电机与永磁调速器用 联轴器防护罩-2 个 选配 联轴器防护用 接线箱-1 个 选配 外接线用 接线箱支架-1 个 就地显示柜-1 套 选配 显示温度、转速等信息 第二节 自动化控制系统（一）自动控制方案 1、永磁调速器的调速 永磁调速器的转速通过安装与永磁调速器上的电动执行机构实现，电动执行机构的控制源信号取自引风机的风压，电动执行机构控制见说明书。我公司永磁调速器除按我公司提供的安装图和安装要求安装外，还要在 DCS 系统中对控制系统作相应的程序设计和设置。要求如下：2、监测位置和监测点 4 个轴承的温度的监测、显示、告警和停机。每个轴承有两个监测点，两个监测点各自独立的同时监测、显示一个轴承的温度。共 3 个轴承温度监测点。3、各监测点的设置值 表 1 温度监测设置值 永磁调速器温度在 DCS 中设置值 （技改项目名称）可行性研究报告-8-检测位置 报警值 停机值 极限值 一号轴承温度 75 95 100 二号轴承温度 75 95 100 三号轴承温度 75 95 100 4 详细要求（1）一号轴承温度：任一监测点温度达到报警值时 DCS 控制蜂鸣器蜂鸣报警，现场检查并排除故障，当两个监测点温度都超过停机值或其中一个监测点超过极限值时 DCS 控制蜂鸣器报警，同时告警灯闪烁，立即停机检查。（2）二号轴承温度：任一监测点温度达到报警值时 DCS 控制蜂鸣器蜂鸣报警，现场检查并排除故障，当两个监测点温度都超过停机值或其中一个监测点超过极限值时 DCS 控制蜂鸣器报警，同时告警灯闪烁，立即停机检查。（3）三号轴承温度：任一监测点温度达到报警值时 DCS 控制蜂鸣器蜂鸣报警，现场检查并排除故障，当两个监测点温度都超过停机值或其中一个监测点超过极限值时 DCS 控制蜂鸣器报警，同时告警灯闪烁，立即停机检查。（二）主要仪表设备 每台永磁调速器对应控制有关的物料明细 表 2 电气控制相关的物料明细 项目 信号类型 型号 数量 推荐使用电缆型号 主要参数 智能一体化电动执行机构 4-20mA 常州亿米基GA61-R+IW4 1 台 电源电缆：普通电缆ZRC-KVVP/四芯 电源 380V/AC,输入信号模拟量 4-20mA，角行程 90，满行程执行时间 30s。信号电缆：普通电缆ZRC-KVVP/四芯 一号轴 承测温 热电阻 南京乐润 WZPM201 2 套 信号电缆：普通电缆ZRC-KVVP/三芯（两根）分度号 PT100，实测温度范围0100，热响应时间 10s。二号轴 承测温 热电阻 南京乐润 WZPM201 2 套 信号电缆：普通电缆ZRC-KVVP/三芯（两根）分度号 PT100，实测温度范围0100，热响应时间 10s。三号轴 承测温 热电阻 南京乐润 WZPM201 2 套 信号电缆：普通电缆ZRC-KVVP/三芯（两根）分度号 PT100，实测温度范围0100，热响应时间 10s。上表中智能一体化电动执行机构 1 台、测温探头 3 个由永磁调速器生产厂商提供，各仪表的功能 （技改项目名称）可行性研究报告-9-及设置要求祥见说明书。除此永磁厂商还提供了一个接线箱。DCS 的所有线先连接到接线箱，接线箱再连接到永磁调速器相应位置。相互之间的连接电缆由我公司负责设计、购买并安排接线。第三章 公用工程 本项目电动执行机构需要功率为 400W 电压为 380 的电源，除此无需其它公共工程。第三篇 节能预估 第一章 节能估算方法 胜利油田管理局安装有大量的三相异步电动机为动力的离心式风机和水泵为负载的装置。在设备的安装和设计过程中，这些离心水泵和离心风机均存在一定的设计余量，而且三相异步电动机相对于风机的需求功率也存在一定的设计余量，也就是对于现有的这些离心风机和水泵来说，即使全部设备都满负荷运作，这些三相异步电动机也不用达到额定功率运行就能提供足够的水量和风量，需要通过出口和入口阀门来调节流量。通过阀门调节流量和风量存在能耗高的问题。这就需要通过一定的方式进行节能改造。电机节能有多种方式，通过调速节能就是一种高效的节能方式。电机调速的方式有很多种，永磁调速和变频调速是最主要的两种调速节能方式之一。但变频调速存在投资大、产生污染电源的谐波、后期运行维护成本高、对现场人员要求高及电机与设备之间硬联结导致振动大等缺点。新型永磁传动技术的出现，改变了人们对传统的电机与设备之间的联结和调速的认识。永磁技术采用磁力非接触传递扭矩，通过调节永磁场在导体转子中的啮合面积来实现转矩及转速的变化，对负载进行无级调速，并使设备运行稳定，极大降低设备故障率，安装对中及维修方便简单，而且没有油污、谐波等对环境和电网的污染，并能很好的保护电机和负载设备。（二）编制方法及依据 永磁调速器节能原理 采用永磁调速改造的系统耗能情况：从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的离心式负载，轴功率P 与流量 Q，扬程 H 的关系为：HQP （技改项目名称）可行性研究报告-10-离心式负载特性曲线 其中：Horsepower：轴功率曲线、Speed：转速及流量曲线、Torque：压力曲线 如图所示：当电机的转速由 n1 变化到 n2 时,Q、H、P 与转速的关系如下:1212nnQQ (1)21212nnHH (2)2p=1p312nn (3)可见流量 Q 和电机的转速 n 是成正比关系的，而扬程与转速的二次方成正比，所需的轴功率 P 与转速的立方成正比关系。所以当需要 80的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的 80，此时系统的扬程仅为原来的 64%，此时所需功率将仅为原来的 51.2，即：离心式负载调速性能表 转速(%)流量(%)压力(%)轴功率(%)节电率(%)备注 （技改项目名称）可行性研究报告-11-100 100 100 100 0 在实际运行中，由于转速下降会引起其机泵系统效率下降，加上调速装置效率的影响，实际节电率小于表中所列数值。90 90 81 72.9 27.1 80 80 64 51.2 48.8 70 70 49 34.4 65.6 60 60 36 21.6 78.4 50 50 25 12.5 87.5 从泵的运行曲线来分析采用永磁调速后的节能效果：调节前管网特性调节后管网特性扬程HH2H1BAQ2Q1n1n2流量QHBDelt(P)CO 图 3 离心式负载的运行曲线 当所需流量从 Q1 减小到 Q2 时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从 A 点变到新的运行工况点 B 运行，所需轴功率 P2 与面积 H2Q2 成正比；如果采用调速控制方式，泵转速由 n1 下降到 n2，其管网特性并不发生改变，但泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A 点移至 C 点。此时所需轴功率 P3 与面积 HBQ2 成正比。从理论上分析，所节约的轴功率 Delt(P)与（H2-HB）（C-B）的面积成正比。在实际运行中，系统能够调节的空间通常是在考虑流量满足的同时还必须考虑 （技改项目名称）可行性研究报告-12-系统的扬程能不能满足要求。通过实践的统计，离心式负载通过调速控制可节能2060。第一章 节能计算 供水公司滨南分公司的供水泵功率为 160kW，转速为 1481rpm，电压 380V，水泵的额定流量1250m/h，扬程35m，实际流量900m/h，实际工作所需压力为0.33MPa，年运行时间 8700h，实际工作功率 143kW，实际工作通过阀门开度小，能耗较高，节能改造的潜力比较大。根据上述参数分析，改造后功率预计为 82kW，小时节电 61kWh，节电率为 42.6%，年预计节电 53 万千瓦时。第四篇 经济与社会效益分析 第一章 投资估算 本项目总投资额 49.65 万元，详见总估算表。分项报价：（金额：万元）项目 数量 单位 单价 总价 1.永磁调速器 ALT490S 1 台 35 35 2.底座（含地脚螺栓等）1 个 1 1 3.电动执行机构 1 个 2 2 4.联轴器 LT9 2 个 0.5 1 5.联轴器防护罩 2 个 0.1 0.2 6.就地显示柜 1 个 0.4 0.4 7.基础改造 1 3 3 8.控制及动力电缆 7 根（200m）0.15 1.05 9.DCS 卡件及组态 2 个 3 6 合计 49.65 第二章 融资方案 本项目建设投资为 49.65 万元，全部由胜利石油管理局技改资金筹措。（或集团公司节能减排、隐患治理专项资金解决）第三章 投资回收期 本项目建设投资为 49.65 万元，预计年节电 53.07 千瓦时，按厂电价 0.656 元每 （技改项目名称）可行性研究报告-13-千瓦时计算，年节电费 34.8139 万元，投资回收周期为 1.43 年，项目效益可观。（技改项目名称）可行性研究报告-1-（技改项目名称）可行性研究报告-1-