预应力高强混凝土管桩厂电气节能设计.pdf

2 0 1 1 年第 l 2期 l 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRE I 1E AND CEMENT PR0DUCT S 2 0 1 1 No 1 2 De e e mbe r 预应力高强混凝土管桩厂电气节能设计 陆 薇 ， 宋亚英 ( 1 苏州中材建筑建材设计研究院有 限公司， 2 1 5 0 0 4 ； 2 苏州大学金螳螂建筑与城市环境学院) 摘要 ： 预应 力高强混凝 土管桩( P HC 管桩 ) 业是近年 来快速发展 的一个新兴行业 ， P HC 管桩厂 的电气节能有 很 大的潜力。结合混凝土管桩厂项 目设计 实践 ， 对 电气设计 中各 个环 节的节能技术措施进行 了研 究探讨。 关键词 ： 预应力高强混凝土管桩( P HC 管桩 ) ；电气设计 ；节能技 术 A b s t r a c t ： T h e i n d u s t r y o f p r e s t r e s s e d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e p i l e s ( P H C p i l e s ) i s o n e n e w i n d u s t r y d e v e l o p i n g r a p i d l y i n r e c e n t y e a r s E l e c t r i c e n e r g y s a v i n g d e s i g n o f P HC p i l e sc t o ry h a s g r e a t p o t e n t i a 1 C o mb i n i n g t h e d e s i g n p r a c t i c e o f c o n c r e t e p i l e s f a c t o ry p r o j e c t ， t h e e n e r gy s a v i n g t e c h n i c al me a s u r e s o f e v e r y l i n k i n e l e c t ri c d e s i g n a r e r e s e a r c h e d a n d d i s c u s s e d Ke y wo r d s ： P r e s t r e s s e d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e p i l e s ( P H C p i l e s ) ； E l e c t ri c d e s i g n ； E n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g y 中图分类号 ： T U 2 7 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 1 ) 1 2 - 3 5 - 0 3 O前 言 预应力高强混凝土管桩 ( 以下简称 P H C管桩 ) 作为一种新 型的工程基桩 ， 由于具有 C 8 0的强度 等 级 ， 且承载力大 、 穿透力强 、 自重轻 、 生产周期短 、 施 工方便快捷等优点 ，已广泛应用于工业与 民用 建 筑 、 市政 建设 、 城市改造 、 交通运输 、 桥梁港 口等工 程中。目前 ， P H C管桩的生产工艺已基本成熟 ， 行业 的建设发展非常迅猛 ， 市场竞争也更趋激烈 ， 而影 响企业竞争实力的重要因素之一就是成本。能耗费 用在生产成本 中占居相 当大 的比例 ， 据统计 ， 平均 每生产 l m0 4 0 0管桩就要耗 电 l 1 5度。近年来 ， 建 设投产的 P HC管桩生产线产能都达到上百万 m， 因 此 ，节能增效对增强行业 的竞争力具有重要意义 ， 而其中电气 的节能设计有着巨大的空间。 1 供 配 电 系统 供配电系统是 电气节能设计 中的一 个重要 内 容 ， 其能耗涉及到配 电变压器 、 配电线路和各用电 设备的功率损耗 以及系统 的运行 电压 、 功率 因数等 引起的损耗 。在设计 中应根据负荷容量 、 供 电距离 及分布、 用电设备特点等因素全 面合理地设计供配 电系统 ， 使其尽可能达到节能要求 。 1 1 负荷计算 负荷计算确定的是否正确合理 ， 直接影 响到 电 器和导线 电缆的选择是否经济合理 。计算得过大 ， 将造成投资 的浪费 ； 计算得过小 ， 会 使电器和电线 电缆处于过负荷下运行 ， 增加 电能损耗 ， 产生过热 ， 导致绝缘过早老化甚至引起火灾 。由此可见 ， 正确 确定计算负荷意义重大。负荷情况复杂 ， 影 响计算 负荷的因素很多 ， 虽然各类 负荷的变化有一定 的规 律可循 ， 但仍难准确确定计算负荷的大小。因此 ， 负 荷计算只能力求接近实际。 用电负荷计算可按下列原则进行 ： 方案设计阶 段可采用单位面积 ； 初步设计 和施工图设计 阶段可 采用需要系数法【 1 。 ( 1 ) 单位面积法 单位面积法计算公式为 ： ： k w 式中， P e一 单位面积功率， W， m ； Js一 建筑面积 ， m2 。 根据多个 P HC管桩车间设计经验 ， P e一般取 1 0 0 l 6 O Wl， H l 。 ( 2 ) 需要系数法 用电设备组的计算负荷 有功功率 ： = K k W 无功功率： Q c - P c t k v a r 式中， 一 需要系数 ； 一 用电设备组的设备功率 ， k W。 配电干线或车间变电所的计算负荷 有功功率 ： = Kz p Z( )k W 无功功率： Q c = K s ( t )k v a r 式 中， K Ks 一 有功功率 、 无功功率同时系数 ， 分 别取 0 8 1 0和 0 9 3 1 0 。 实际上， 需要系数 不仅与用电设备组的工作 一 3 5 2 0 1 1年第 1 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 8期 性质 、 设备台数 、 设备效率和线路损耗等因素有关 ， 而且与操作人员的技能和生产组等多种因素有关。 因此 ， 在方案确立和施 工图设计过程 中， 应 与工艺 专业协商 ，并根据生产的规模及对设备配置 的比 对 ， 尽可能使需要系数的取值接近实际。 表 l列出了 P HC管桩车间主要设备的需要 系 数值 。 表 1 P H C管桩车间主要设备的需要系数 1 2 变压 器 的选 型 变压器是管桩生产线上 的重要 电力输送设备 ， 对其采取 的节能措施是整个生产效率提高 的关键 环节。据有关资料统计 ， 变压器电能损耗 占总发电 量的 2 一 3 。变压器的节能主要依靠降低损耗、 提 高运行效率 。其节能措施 与降低变压器 的空载损 耗 、负载损耗和合理选择变压器的负载率密切相 关 。为此 ， 选择节能型的变压器主要从三个方面考 虑 ： 选择空载损耗小的变压器。变压器的空载损 耗( 又称铁损) 包括铁芯的涡流损耗及漏磁损耗 ， 其 损耗决定于铁芯矽钢片的性能及铁芯制造工艺。常 用的变压器类型主要有油浸式变压器 、 气体绝缘变 压器和干式变压器。其 中属节能型的是油浸变压器 和干式变压器。 目前 ， 国内推荐的节能型油浸变压 器系列产品有 S 1 1 、 S 9型等。节能型干式变压器的 系列产品有 S C l l 、 S C I O、 S C 9型等。管桩厂项 目设计 中， 应选择节能型变压器 。选择负载损耗小 的变 压器。变压器的负载损耗( 又称线损) 是由变压器绕 组上 的电阻和电流引起的损耗 。为降低线损应选用 阻值较小的绕组 ，铜芯绕组的阻值小于铝芯绕组 ， 可尽量采用铜芯变压器。合理选择变压器的负载 率。在选择变压器容量时应从使用、 经济、 节能等方 面进行综合考虑 ， 实践表 明 ， 变压器的负载率设计 在 7 5 8 5 范围较为适宜2 - 3 。 1 3 配电线路的设计 配电线路是 电能传输的载体 ， 由于线路本身具 有阻抗 ， 势必会产生 电能损耗 ， 线损是衡量供配 电 线路经济运行的重要指标 。 一 3 6一 ( 1 ) 减少配电线路 的阻抗 ， 尽可能选用 电阻率 小的导线 ， 通常首选铜芯线。缩短线缆长度也能降 低 电路 的阻抗值 ， 厂 区变 电所进入负荷 中心是最有 效的节 能措施。但 因 P H C管桩 车间 内有桥式起重 机 、 离心机和空压机的运行 ， 震动影响较大 ， 并且在 高压釜和蒸养坑区域有水蒸气散发 ，环境较恶劣 ， 因此 ， 变电所设在车间内有一定困难 ， 但通过建筑 、 结构及工艺专业的统筹考虑和配合 ， 在车间内设置 变电所的供电方案是可以实现的。 ( 2 ) 减少线路传输 的无功损耗。无功损耗 主要 由供配电系统中某些 用电设备 因具有 电感性而产 生滞后 的无功 电流 ， 使系统在经过高低压线路传输 到用电设备时， 产生无功功率的线损 。无功功率不 但增加线损 ， 使设备发热 ， 更主要 的是会降低功率 因数， 导致电网有功功率的降低。因此， 减少电网中 的无功损耗 ， 便可确保有功功率的充分利用 ， 提高 系统的供电效率和电压质量 ， 从而节约 电能。减少 无功损耗 的主要措施 ：提高用 电设备的功率 因 数 。在满足规范要求的情况下 ， 应尽量提高电压等 级和功率 因数 ， 以降低 电流 ， 减少线路及变压器 的 损耗。采取无功功率的补偿 。若设备 自然功率因 数达不到接入 电网的要求 ， 应采取无功功率补偿措 施。在 P H C管桩厂工程设计中， 对于低压供配电系 统， 可采取在低压配电室 内设置 电容器集 中无功补 偿装置 ， 在提高系统 的功率 因数的同时 ， 减少 系统 的无功损耗。 此外 ， 还可通过合理选择供电电压 、 合理进行 谐波的预防和治理 、 尽量使三相负荷达到平衡等措 施来获得最大的节 电效果。 2电气 照 明系统 企业在节能降耗 的设计 和管理中， 往往只重视 大型设备的节能效果而忽视非生产性 的节能降耗。 实际上 ， 对 于 P H C管桩生产车问而言 ， 非生产性用 电( 如照 明系统 ) ， 因布局分散 、 面广量大 ， 其用 电量 也很大。实际运作中可采取以下节能措施。 ( 1 ) 充分利用 自然光源 。车间面积大 、 层高高 ， 建筑上可采取在墙面 和屋面上增加采光窗面积等 措施 ， 以充分利用 自然光源。 ( 2 ) 采用高效节能光源。高大空间常用的光源 有气体放电灯 、 大功率节能灯等。其 中， 气体放电灯 常用的有高压钠灯 、 金属 卤化物灯等。金 卤灯由于 功率和光通量大 ， 灯具数量可以减少 ， 安装 、 运转 和 维护都更为经济。 ( 3 ) 采用节能型 的启动元件。选用节能型的电 感镇流器或电子镇流器取代传统的高能耗电感镇 陆 薇 ， 宋亚英 预应力高强混凝土管桩厂电气节能设计 流器。电子镇流器具有功率因数高( c o s 0 9 ) 、 能耗 小及起动快速可靠等优点 。 ( 4 ) 采用多点 、 分 区、 按需的控制方式。P H C管 桩生产逐步 向工厂化 、 规模化发展 ， 车间的 占地面 积也越来越大。 如 ， 天津某管桩车间占地面积接近 4 万 m ， 灯具选用 的是大功率金卤灯 ， 每个控制 回路 启动电流便达 2 0 A左右 ， 并且 由于生产工艺的需要 车间设有多个 出人 口， 如采用常规的照明控制方式 不仅不能适应生产流程的各种变化 ， 更达不到节能 的要求 ， 因此 ， 设计 时采用 了多联开关控制 ， 即在多 个 出入 口或主通道上设置控制按钮箱 ， 用于控制同 一 片区域 的照 明， 达到随走随关 ， 按需控制的节 能 目的。并根据管桩工艺生产线和生产流程 ， 对车间 内的照明进行分区 、 分片控制。 3动 力设 备 系统 管桩厂的动力设备主要是 电动机 ， 电动机的电 能能耗是管桩生产 中的能耗大户 ， 因此 ， 做好 电动 机的降耗增效显得极为重要。减少电动机能耗的主 要途径是提高电动机的工作效率和功率 因数。 3 1 电动机的选型与设计 电动机的合理选型除 了应满足拖动功能外 ， 还 应 考虑经济性 。可采取 以下措施合理选择 电机 型 号 ： 选用高效 、 节能的电动机 。小型电机应优先选 用 Y系列节能电机 ， Y系列电动机是全国统一设计 的新系列产品 ， 也是我 国目前较先进 的三相异步电 动机 ， 其优点是高效、 节能、 启动性好。对 于年运行 时间较长 ， 负载率超过 5 0 的电动机 ， 可选用 Y X系 列高效三相异步电动机 。该系列 电机与 Y系列相 比， 效率提高 3 ， 损耗降低 2 0 3 0 。大型 电机 可选用国际品牌的高效节能电机。合理选择电动 机的额定容量。根据国家规定 ， 对三相异步 电动机 的运行区域 ，负载率在 7 0 1 0 0 之间为经济运行 区 ； 负载率在 4 0 一 7 0 之间为一般运行区 ； 负载率 在 4 0 以下为非经济运行区。在选择 电动机额定容 量时 ， 为确保既能满足设备运行需要 ， 又能提高电 机运行效率 ， 应尽可能使电机 的负载率保持在 7 0 1 0 0 的经济运行 区范围内。合理设计 电动机的 启 动方式 。采用软起动器是 目前较多使用的一种节 能方式 ， 软起动器是根据起动时间逐步调节可控硅 的导通角而控制 电压 的变化 ， 电压连续可调 ， 起动 平稳 ， 常用于 电机容量较大且起动频繁的设备 。对 不同类型 的电机应采用不 同的启动方式 ， 以达到节 能效果。对于低压笼型大中型电机可采用软启动器 启动 ，启动 电流能在额定电流 的 2 5 3 5倍之间可 调 ， 启动转矩平稳。 3 2 电动机的调速与节能 在 管桩生产 中，各种设备如管 桩离心成 型设 备 、 锅炉房的风机 和水泵等正常运转所需 的电能消 耗都相 当大 ， 尤其是离心作业在管桩生产中是电能 消耗 的重点工序。 目前 ， 管桩生产 中离心作业的调 速普遍采用的是变频调速。变频调速是通过连续地 改变供 电电源频率 ，平滑地调节电动机 的转速 ， 具 有结构简单 、 稳定可靠 、 调速精度高 、 启动转矩大 、 调速范 围广 、 节能显著等优点。在管桩生产 中的离 心机 、 锅炉鼓风机引风机及水泵等设备上应用变频 调速是行之有效的节能措施 5 1 。 4电能计量管理 电能消耗 的多少是通过 电能计量来评定的， 设 计中可选用多功能 电力监控仪表 ， 采用 R S 4 8 5总线 技术进行数据传输， 对全厂电能消耗进行实时监控 ， 使管理人员及时了解各机电设备 的能耗状况 ， 从 而 发现可能存在 的能耗漏洞 ， 并采取合理的生产调度 措施 。 5结 语 管桩业是近年来快速发展 的一个新兴行业 ， 随 着生产规模 的不断扩大 ，对 电力的需求量越来越 大 ， 能耗 与发展 的矛盾 日益突 出， 作 为二次能源 的 电能在管桩厂有着很大的节能潜力。电气节能是一 项涉及 到生产 ， 管理 ， 设计等多方面因素的系统工 程 ， 而 电气设计是 电气节能 的源头 ， 涉及到诸多环 节的节能技术和措施。针对管桩业 的工程特点及要 求 ， 在电气节能设计 中要抓住重点 、 兼顾细节 、 注重 近期 、 兼顾远期 ， 采取有效的节能措施 ， 挖掘最大的 节能潜力 ， 是有待进一步探索和研究的课题 。 参考文献 ： 1 】 任元 会主编 工业与 民用配 电设计 手册 M】 北 京 ： 中 国电 力出版社 ， 2 O o 4 【 2 】 罗建华建筑电气设计 中的节能措施 J J 建筑与设计， 2 00 7( 1 ) 【 3 】 韩国华 ， 等 水泥厂 电气设计 节能措施 J 】 中国水泥 ， 2 0 1 0 ( 6 ) 4 高俊 水泥厂 电动机节能探讨 J 节能 ， 2 0 0 6 ( 7 ) 5 】 蒋元海 我 国管桩行业 值得研发的一些技术 问题 J 】 混凝 土与水泥制品 2 0 0 8 ( 5 ) 收稿 E l 期 ： 2 0 1 1 1 1 1 0 作者简介： 陆薇( 1 9 7 9一) ， 女， 工程师。 通讯地址 ： 江苏苏 州市 三香路 7 1 8号 联 系电话 ： 0 5 1 2 6 8 6 3 9 1 3 0 E -ma i l ： 2 2 5 7 6 2 31 q q c o m 一 3 7