炼油厂电力负荷计算及变压器选型.pdf

第 4 4卷第 2期 2 0 1 5 年 2月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 4 4 N 0 2 F e b r u a r y，2 0 1 5 炼油厂电力负荷计算及变压器选型 张 红 启 ( 中国石油抚顺石化公司石油二厂， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 8 ) 摘 要：从 炼油厂用电负荷设计计算方法( S H T 3 1 1 6 2 0 0 0) 标准人手，介绍了轴功率的计算方法及轴 功率公式的推导过程，采用需要系数法计算了其它电力设备的计算负荷，对装置的最大计算负荷及无功功率补 偿容量进行了计算，在考虑变压器有功功率损耗及无功功率损耗后，对变压器的设计选型进行验证。 关键词：轴功率；需要系数；有功功率；无功功率；计算负荷；变压器 中图分类号：T E 6 8 3 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5 )0 2 0 2 8 8 0 4 Re fine r y Po we r Lo a d Ca l c u l a t i o n a nd Tr a ns f o r me r Se l e c t i o n Z HANG Ho n g- qi ( F u s h u n P e t r o c h e mi c a l Co mp a n y No 2 Re fi n e r y ， L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 8 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： S t a r t i n g f r o m t h e” c a l c u l a t i o n me t h o d f o r e l e c t r i c i t y l o a d d e s i g n i n p e t r o l e u m r e fin e r i e s ”r S H T 3 1 1 6 2 0 0 0 ) s t a n d a r d t h e c a l c u l a t i o n me t h O d o f a x i a l p o we r wa s i n t r o d u c e d a s we l l a s t h e d e ri v a t i o n p r o c e s s o f s h a f t p o we r f o r mu l a ，t h e c o mp u t a t i o n a l l o a d o f o t h e r p o we r e q u i p me n t s wa s c a l c u l a t e d b y t h e d e ma n d c o e ffi c i e n t me t h o d t h e ma x i mu m l o a d o n t h e d e v i c e wa s c a l c u l a t e d a s we l 1 a s t h e c a p a c i t y o f r e a c t i v e p o we r c o mp e n s a t i o n Co n s i d e r i n g t h e t r a n s f o r l i l e r a c t i v e p o we r l o s s a n d r e a c t i v e p o we r l O S S ， t h e d e s i g n a n d s e l e c t i o n o f t h e t r a n s f o r me r we r e v e r i fie d Ke y wo r d s ： S h a m p o we r ； Re q u i r e d c o e ffi c i e n t ； Ac t i v e p o we r ； Re a c t i v e p o we r ； Co mp u t a t i o n a l l o a d ； Tr a n s f o rm e r 为了规范石油化工企业炼油厂建设项 目的电力 负荷计算 ， 中国石化集团洛阳石油化工工程公司制定 了 炼油 厂用 电负荷 设 计计 算 方法 ( S H T 3 1 1 6 2 0 0 0) 标准 ，并经国家石油和化学工业局 2 0 0 0 年批准发布，本标准适用于石油化工企业炼油厂新 建、 改建和扩建工程设计中的电力负荷计算 ， 包括装 置 ( 单元 ) 、变 ( 配 ) 电所和炼油厂的用电负载计算 ， 以及装置 ( 单元 ) 、炼油厂的年电能消耗量计算。 1 轴功率的计算 1 1 配套电力设备轴功率的计算 当装置 ( 单元 ) 内有部分用电设备是配套设备 ， 难 以确定轴功率时 ，其轴功率应按式f 1 ) 计算川 ： ： 叩 ( 1 ) 式 中： 叼 机泵传动系数。直接传动取 1 ，皮带或齿轮传动取 0 9 挺负载安全系数。 不同配套电机功率下的负载安全系数按表 1 选 取 ： 表 1 不同配套电机功率下的负载安全系数 Fi g 1 Saf e t y f a c t o r of t he l oa d unde r di ffe r en t mat c hi ng mot o r powe r 1 _ 2 在设计操作条件下轴功率的计算 装置 ( 单元 )的用 电负荷应采用轴功率逐台计 算法计算 ，下面简单介绍轴功率计算公式的推导过 程 ，已知 w= mx g x h ， v ，v = Qx t 3 6 o o ，p = w t , 把上述计算公式代人轴功率公式 尸 a = P J i x 1 0 0 0得 ： P a = p Qx g x h t 1 1 0 0 0 3 6 0 0 = P压 Q 叩 1 0 0 0 x 3 6 0 0 式中：W物体做的功 ，单位 J ； m质量 ，单位 k g ； g取 9 8 单位 N k g ； h扬程 ，单位 m： P 介质的密度，单位 k g m ； v 一介质的体积，单位 r n ； Q液体的流量，单位 m h ； r 一 工作时间 ，单位 s ； P一一有效功率，单位 w： 泵的轴功率，单位 k W； 泵的效率，一般取 0 4 - 4 3 8之间 ，泵流量越大 ，取值越高。 磁力泵和屏蔽泵效率低于普通离心泵 。 水平部分单级双吸 大流量水泵可以做到 0 9 效率。 用轴功率逐台计算法计算装置 ( 单元 )的用电 负荷时应符合下列规定 ： 用电设备计算负荷按下列公式计算 ： = ， 7 =K ( 2) ( 3) 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 1 1 0 作者 简介： 争 1 9 7 9 - 罗 ： 遂 于人， 高 级工 程师， 注册 安 全工程 师， 2 0 0 3 年毕业 于郑 州轻 工业 学院电 气 工 程及其自 动 化专 业， 从事 石油 二厂电 气 设 备技术 管 理X -作。E - m a i l ：z h q 1 2 3 p e t r o c h i n a C O n 1 C n 。 。 一一 一 第 4 4卷第 2期 张红启 ：炼油厂 电力 负荷 计算及 变压器 选型 2 8 9 q= 只 ( 4) = ( ra rib ) x ( K r o ) o 2 5 + 7 ( 5 ) c 。 s ： s 九( 6 ) Q = 尸 m 1 一 c o s c o s 0 = ( 7 ) S = + ( 8 ) 式中：尸 a 一根据装置 ( 单元 ) 在设计能力运行时，机泵所输送介质在设 计操作条件下的扬程、流量 、温度 、密度 、粘度及机泵效率 等参数计算出的机泵轴功率 ( k W ) ；即轴功率的定义为由电 机拖动的机泵在设计操作条件下的计算负载功率 。 P r 一电机的额定功率 k W， 设计选型时临近向上靠电机功率的序列 值； 一 安全系数，范围 1 1 - 1 -3 ，一般取 1 2 ； 一 电机的负载率； 兀 m一电机在计算轴功率下运行时的效率 ，按上述公式计算 。当 0 7 5 K r1时， 及 r b 分别为电机在 1 0 0 和 7 5 负载 时的效率 ，a取 0 7 5 ；当0 5 K rO 7 5时， 及 分别 为电机在 7 5 和 5 0 负载时的效率 ，a取 0 5 ；当 0 5 时，按 电机在 5 0 负载时的效率取值 ； 尸 n m 一 电机在计算轴功率下运行时计算负荷的有功功率 ( k W ) ； c o s n m一电机在计算轴功率下运行时的功率因数 ，按上述公式计 算。 当0 7 5 墨 1 时， c o s o 及 c o s o b 分别为电机在 1 0 0 和 7 5 负载时的功率因数 ， a 取 O 7 5 ；当 0 5 KrO 7 5 时，c o s o 及 c o s fo b 分别为电机在 7 5 和 5 0 负载时的功 率因数 ， 口取 0 5 ；当K r0 5时，按电机在 5 0 负载时 的功率因数取值 ；电机在 为 1 、O 7 5 、0 5时的 n m 和 c o s p 值可查 炼油厂用电负荷设计计算方法( S H T 3 1 1 6 2 0 0 0)标准附录 A表。 Q f Il 一电机计算负荷的无功功率，k V A r ； 一 电机计算负荷的表观功率，k V A。 2 0 0 万 t a J I1 氢裂化装置工艺设备高压注水泵为 意大利 贝洛尼制泵责任有限公司生产 ，注水泵注水 压力 P a 为 l 4 7 MP a ， 流量 Q为 l 5 3 m h ，泵 的效 率 为 0 8 ，配套 电机为 AC 7 0 3 1 5 - M4 1 3 2 k w，为 了节能 ，利用变频器调节注水泵的注水流量。 由本文轴功率推导的计算公式知 ： P =P 压 Xl 00 0 x 3 6 00 = 1 4 7x1 0 1 5 3 0 8 x1 0 0 0 x 3 60 0 = 7 8 1( k W ) 1 3设计操作条件下电机的设计选型 设计操作条件下电机额定功率 的选型 Pr = KP。 =1 2 x 7 8 1 = 9 3 7( k W ) 根据 电机的选型原则 ， 2 0 0万 t a加氢裂化装置 注水泵电机选额定功率为 1 1 0 k w， 为简便计算， 查 l l O k w 电机在满负荷时的效率为 r ru =0 9 3 ，功率 因数为 C O S q g r u n = 0 9 0 。 高压注水泵 的有功功率 ： Pr u ： n = 7 8 1 0 9 3 = 8 3 9 8( k W ) 高压注水泵的无功功率 ： Q = 8 3 9 8 x 0 4 8 4 = 4 0 6 5( k V A r ) 2 0 0 万 t a 加氢裂化装置其它工艺设备 的负荷计 算与注水泵的负荷计算类似， 从略。 通过计算得 2 0 0 万 加氢裂化装置 的计算总负荷为 ： P r u n 总 = 1 8 0 3( k w )， Q n m 总 = l 2 5 9( k V A r ) 中国石化集 团洛阳石油化工工程公司设计时考 虑到石油二厂 5 0万 t a烃重组装置 的低压负荷与 2 0 0万 t a 加氢裂化装置低压负荷放在一起 ， 有利于 节省空间与投资 ，减少 占地面积 。 5 0万 t a烃重组的计算总负荷为【 引： P 总 = 6 6 8( k W )， Q I 总 = 4 1 4( k V Ar ) 注意 ：电机额定功率应根据生产机械所需要的 功率来选择 ，尽量使 电机在额定负载下运行 。选择 时应注意以下两点 ： ( 1 ) 如果电机额定功率选得过小 ，就会 出现 “ 小 马拉大车”现象 ，造成电机长期过载 ，使其绝缘因 发热而损坏 ，甚至电机被烧毁 。 f 2 ) 如果电机额定功率选得过大 ，就会出现 “ 大 马拉小车”现象 ，其输出机械功率不能得到充分利 用，功率因数和效率都不高， 不但对用户和电网不 利 ，而且还会造成电能浪费。 2 电力负荷需要系数法的计算 最大计算负荷与运行设备容量之 比的定义为需 要系数。机修、仪修、电修、化验室、办公室等单 元的用电负荷应采用需要系数法计算。需要系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计 算负荷。这种方法比较简单 ，应用广泛 ，尤其适用 于配、变电所 的负荷计算n 。 有功功率 尸 c ：尸 c = P 。 无功功率 Q c ：Q 。 = 尸 c t g 视在功率 ：S o ： 计算电流 ， c ： = 式中：P e 用电设备组的设备功率，k W； 用电设备组的计算有功功率 ，k W； Q c 用电设备组的计算无功功率，k V A r ； &用电设备组 的计算视在功率 ，k V A； 需要系数， 其值见表 工业与民用配电设计手册 表 1 - l 表 1 - 4 ； t g 用电设备功率因数角相对应的正切值 ，其值见表 工业 与民用配电设计手册 表 1 1 表 1 - 3 、表 1 - 5 及表 1 - 6 ； 用电设备额定电压 ( 线电压 ) ，k V。 2 0 0万 t a 加氢裂化装置的负荷合计如下 ： 其中 照明功率合计为 6 0 k W, 空调 、通风设备功率合计为 2 9 0 当 代 化 工 2 0 1 5年 2月 3 5 0 k W, 检修动力箱功率合计为 4 0 0 k W, 其它设备功 率合计为 2 0 0 k W。查 工业与民用配电设计手册 第三版知：照明用电设备 = 0 9 、t g o = o 4 8 ；通风 设备 = 0 8 、 t g o = o 8 ； 检修动力箱 ： 0 1 、 t g o = o 6 ； 其它设备 = 0 8 、t g o = o 7 5 ； P。 照 =Kx P。 照 明 = 0 9 6 0 =5 4( k W ) Q 照 明 P c 照 明 t g o = 5 4 x 0 4 8 = 2 6( k V A r ) P。 通 风 =Kx P。 通 风 = 0 8 3 5 0 = 2 8 0( k W ) ( ) c 通 风 =Pc 通 风 t g q - ：2 8 0 0 8 = 2 2 4( k V Ar ) Pc 检 修 = Pc 榆 修 = 0 1 x 4 0 0 = 4 0( k W ) Q 。 检 修 =P 。 m m t g o = -4 0 x O 6 = 2 4( k V A r ) Pc 其 它 =K x P 。 其 它 = 0 8 x 2 0 0 = 1 6 0( k W ) Q 。 其 它 =Pc 其 它 t g o = 1 6 0 x 0 7 5 = 1 2 0( k V Ar ) 3 装置最大计算负荷 的计算 装置 ( 单元 )的最大计算负荷应按下列公式计 算 ” ： 尸 m = i =1 = Q i =1 ： + ( 1 3) ( 1 4) (1 5) 式 中：P 装置 ( 单元 ) 最大计算负荷的有功功率 ，k W； 装置 ( 单元 )最大计算负荷的视在功率，k V A； Q 装置 ( 单元 )最大计算负荷的无功功率，k V A r ； P扣除装置 ( 单元 )内备用机泵、电动阀、动力插座 、 run f =1 检修动力箱等正常不用电的电气设备后， 装置( 单元 ) 所有运行电气设备计算负荷有功功率之和，k W： r ) 扣除装置 ( 单元 )内备用机泵、电动阀、动力插座 、 一 ；1 检修动力箱等正常不用电的电气设备后， 装置( 单元 ) 所有运行电气设备计算负荷无功功率之和，k V Ar ； 考虑了电机最大负荷同时系数及馈电线路损耗后的综合系 数，取 0 8 5 , 1 ； N 自然数 1 ， 2 ,3 。 最大计算负荷有功功率合计 ： P = 0 9 5 x(1 8 0 3 +6 6 8 + 5 4 + 2 8 0 + 4 0 +1 6 0) = 0 9 5 x 3 0 0 5 = 2 8 5 5( k W ) 最大计算负荷无功功率合计 ： Q =0 9 5 x( 1 2 5 9 + 4 1 4 + 2 6 + 2 2 4 + 2 4 + 1 2 0 ) = 0 9 5 x 2 0 6 7 =1 9 6 4( k V Ar ) 最大计算负荷视在功率合计 ： S = + 0 2 = 3 4 9 0 ( k V A) 最大计算负荷下的功率 因数 ： c o s ( ) S m 2 8 5 5 3 49 0 =0 81 8 4 补偿容量的计算及变压器选型 4 1 变电所或配电所无功功率补偿容量的计算 供电部门一般要求用户的月平均功率因数达到 0 9以上 。 当用户的 自然总平均功率因数较低 ， 单靠 提高用电设备 的 自然功率因数达不到要求时 ，应装 设必要的无功功率补偿设备 ，以进一步提高用户的 功率 因数。采用并联电力电容器作为人工无功补偿 装置时，为了尽量减少线损和电压损失 ，宜就地平 衡补偿 ，即低压部分的无功功率宜 由低压 电容器补 偿 ，高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿 。电 容器分组时，应与配套设备的技术参数适应 ，满足 电压偏差的运行范围，适 当减少分组组数 和加大分 组容量 。 补偿容量 按无功负荷 曲线或下式确定 或 Q c Pc( t g o 1 一 t g o 2 ) = Pc q (1 6) ( 1 7) 式中：Q c 无功补偿容量，k V A r ； 计算的有功功率 ，k W； t g 妒 l 补偿前计算负荷功率因数角的正切值； t g 2 补偿后功率因数角的正切值，按设计目标值确定。 q 无功功率补偿率 ，k V A r k W，见 工业与民用配电设计手 册第三版无功功率补偿率 q 。表； 低压无功容量补偿到 ( c o s o = 0 9 5 ) ： Q c Pc ( t g o l t g o 2 ) 2 8 5 5 ( 0 6 9 8 0 3 2 9 ) = 1 0 5 4 ( k V Ar) 为了便于电容器的配置及投用 ，配置 4组电容 器 ，每组为 2 5 0 k V Ar ，共计 l 0 0 0 k V Ar 。 补偿后的有功功率 ： Pm= 2 8 5 5( k W ) 补偿后的无功功率 ： Q m= 1 9 6 4 - 1 0 0 0 = 9 6 4( k V Ar ) 补偿后的视在功率 ： S = + Q = 3 0 1 3 ( k V A) 补偿后的功率因数 ： c o s = Pm s m=28 5 5 3 0 1 3 =0 9 4 8 4 2 变压器选型的计算 当变压器负荷率不大于 8 5 时，其功率损耗可 以概略计算如下踞 ： 尸 I = 0 O 1 S m ( 1 8) Q t = 0 0 5 x ( 1 9) 式 中： 变压器计算负荷 ，k V A ： P 【 变压器有功功率损耗 ，k W 第4 4卷第 2期 张红启：炼油厂 电力负荷计算及变压器选型 2 9 1 Q t 变压器无功功翠损耗，k V A r 。 本负荷计算中未计入各车间至变电所的线路功 率损耗。 ( 只有线路功率损耗很小时， 对于变压器容 量的选择影响不大时 ，才可以从略 ) 。 变压器有功功率损耗 ： 只= 0 O 1 S m= 0 O 1 x 3 0 1 3 = 3 0( k W ) 变压器无功功率损耗 ： AQt = 0 0 5 x S m= O 0 5 x 3 0 1 3 = 1 5 1( k V A r ) 2 0 0万 t a 加氢裂化装置 ( 高压侧 )有功功率 ： Pm=2 8 5 5 + 3 0 = 2 8 8 5( k W ) 2 0 0万 讹 加氢裂化装置 ( 高压侧 )无功功率 ： Q = 9 6 4 +1 5 1 = 1 1 l 5( k V A r ) 2 0 0万 加氢裂化装置 ( 高压侧 )视在功率 ： = + Q 三 ： 3 0 9 3( k V A) 2 0 0万 t a加氢裂化装置高压侧的功率因数 ： c 0 s 9 T n = 2 8 8 5 3 0 9 3= 0 9 3 3 0 9 计算结果 ：决定选用 4台 S 1 1 一 M一 1 6 0 0 k V A型 油浸变压器。 变压器 的平均负载率为 ： Sm S t =3 0 936 40 0 =0 4 8 3 结论 ：符合变压器的设计规范要求。 5 结 论 石油化工企业炼油厂设计 中的电力负荷计算依 据 炼 油 厂用 电负荷 设计 计 算 方 法 ( S H T 3 1 1 6 2 0 0 0)标准 ，从 电力负荷计算过程 中可以看 出 ，机泵所输送介质在设计操作条件下 的扬程 、流 量 、温度 、密度 、粘度等参数不变的情况下 ，轴功 率的计算数值与机泵效率有关 ，选用的需要系数及 功率因数角相对应 的正切值不 同，计算负荷结果也 不同，在计算最大负荷时选取的电机最大负荷同时 系数及馈电线路损耗后 的综合系数不同，对无功功 率补偿的容量也有较大的影响 ，计算 的结果也会影 响变压器的选型。 参考 文献 ： 1 高苏华， 曾云龙腻 油厂用电负荷设计计算方法 M 】 北京： 中国石化 出版社出版，2 0 0 0 2 任元会、卞铠生 、姚家神工业与民用配电设计手册 M 第三版 北京 ：中国电力出版社， 2 0 0 5 3 吴鹏2 0 0万吨 年加氢裂化装置基础设计 R 坷 南洛阳：中国石化 集 团洛阳石油化工工程公司， 2 0 0 7 4王晓姝 1 8 0万吨 年柴油加氢精制装置基础设计 R J 辽宁抚顺： 中国 寰球工 程 公 司辽 宁分公 司， 2 0 0 7 ( 上 接 第 2 8 7页 ) 但在实际检测 中，厚壁压力容器通常焊缝宽度 和焊缝余高较大， 偏小入射角度的探头设置可能不 仅无法覆盖热影响 区，而且能够减小的探头间距也 十分有限 ，达不到理想 的检测效果 。 ( 2)理想状态下的 T O F D 检测应当是用多对 探头组合的方式一次性完成工件的检测，然而 目 前 学界缺乏精准的理论计算分析当P C S 减小到何种程 度时才会有效检出和定量近表面缺陷 ，这使得检测 中需要不断调整 P C S 值，降低了检测效率。 ( 3)实际检测 中被检设备表面情况复杂 ，直 通波极易 出现波动 ，给近表面缺陷的检出和测量带 来极大 困扰。结合超声相控阵技术不仅可以有效弥 补 T O F D表面盲区问题 ，而且能够有效分辨厚壁压 力容器中分区附近的相邻缺陷。 相控阵相关标准的 制定以及相控阵和T O F D结合的超声 自动检测系统 如何最优化设置都是很有研究价值的课题， 但 目 前 高精度相控阵检测装置大都源 自国外公司， 造价较 高且技术支持不够迅捷 ，国内相控 阵探头制造和相 关控制系统的开发有很好的发展前景。 参考文献 ： 1 夏智对厚壁压力容器超声波周向检测工艺的分析 J 压力容器 ， 2 0 0 8 ，2 5 ( 9 ) ： 6 1 - 6 2 2 郑晖 ， 林树青 超声检测 M E 京： 中国劳动社会保障出版社， 2 0 0 8 ， 1 3 9 -1 4 2 3 郭永良， 郑晖 ， 刘礼 良等厚壁压力容器 T O F D检测技术参数f J l 无损检测，2 0 1 4 ，3 6( 5) ：3 1 3 3 4 N F E N 5 8 3 - 6 N o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g U l t r a s o n i c e x a min a t i o n P a r t 6 ： T i me o f fli g h t d i f f r a c t i o n t e c h n i q u e a s a me t h o d f o r d e t e c t i o n a n d s i z i n g o f d i s c 0 n t i n u i t i e s s 5M R i a h i ， M R A b o l h a s a n y S u b s t i t u t i o n o f t h e t i m e o f - fl i g h t d i f f r a c t io n t e c h n i q u e for n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g o f we l d s a n d t h i c k l a y e r s o f s t e e l ： A c o m p a r a t i v e in v e s t i g a t i o n J R u s s i a n J o u r n a l o f N o n d e s t ruc t i v e T e s t i n g ， 2 0 0 6 ， 4 2 ( 1 2 ) ： 7 9 4 8 0 1 6强天鹏 ，肖雄 ， 李智军， 等T O F D技术的检测盲区计算和分析【 J J 无损检测，2 0 0 8 ，3 0 ( 1 0 ) ：7 3 8 7 4 0 7 杨先明， 王海涛 ， 赵大丹， 等 超声相控阵高精度延时设计的 F P G A 实现叭 无损检测 ，2 0 1 4 ，3 6 (5 ) ：1 6 1 7