电能是精细化工企业主要能源形式之一。用电设备除了工艺过程用于物料输送和混合的泵、搅拌器外，大功率设备主要集中在公用工程站，例如压缩机、制冷机、冷却水输送泵等。本文结合节能工作实践，在分析精细化工企业的生产特点的基础上提出应从公用工程供应端节能，就空压机组、冷冻机组以及冷却水输送泵的运行，分析了常规控制方式的低效原因，提出变频调速优化控制方案，提高能源效率。
1 从公用工程供应提高精细化工企业的能源效率
精细化工是以高新技术为基础，以市场需求为导向，以产品具有特定功能、附加值高、小批量、多品种、系列化为特点的化学工业。小批量、多品种要求企业生产采用多品种综合生产流程和多功能多用途的生产装置。高技术密度和高附加值意味着开发成本和利润率极高。
多功能多用途的设备特点决定了无法由某种特定产品来设计和确定*优设备参数和*优操作参数，难以从工艺过程（用户端）提高能源效率。在节能工作实践中发现，能源供应端即公用工程发生装置却大有节能潜力。由于精细化工过程的产品多品种性和生产间歇性，公用工程需求量随产品和操作步骤而变化，具有本质非稳定性。公用工程发生装置和输送装置为了满足生产中可能出现的*大需求量，常采用*大需求量作为设计值。另外，在设计环节，从工艺设计到设备设计再到设备制造，每一个环节都采用安全系数，往往*终安装设备的容量要比实际需求大不少。这两个因素导致公用工程装置长期处于“大马拉小车”状态，电机效率低。
公用工程设备担任全厂的公用工程供应，总电耗占全厂总电耗一半以上。若解决好这些大设备上的“大马拉小车”现象，优化它们的控制方式，可取得可观的节电量。
2 变频调速的原理和效益
变频器是一种可以任意调节其输出电压频率，使三相交流异步电机实现无极调速的装置。变频器工作时，先将电源的三相交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥“逆变”成频率任意可调的三相交流电。
化工企业普遍采用离心式风机和泵输送流体，这类负载符合二次方律，即负载的转矩与转速的二次方成正比，负载功率与转速的三次方成正比。根据离心泵或风机的特性“流体体积流量与转速成正比”，若采用调节电机转速来控制流体输送流量，负载功率与流体流速的三次方成正比，负载功率随流速降低而急剧降低。而传统的节流控制方法则通过增加管路阻力来减小流速，在节流元件上增加了额外的功耗。
变频控制的另一优点是可以维持负载运行在额定效率点。而节流控制时，一台离心泵的泵效率在额定点处效率*高，向两边不断降低，尤其是低速区泵效率降低更快。由于泵效率的降低，拖动电机的轴功率随流量基本呈线性降低。变频调速除节能外，还可以降低设备故障率，延长设备寿命，提高控制精度，从而产生额外的经济效益。
3 冷却水输送泵的变频恒压控制
化工生产中冷却水用量大，用户众多，形成冷却水管网。为避免或减小用户管路阀门开闭对其他用户流量的干扰，需保持输水总管压力恒定，即保持冷却水输送泵的出口压力恒定。根据泵的特性曲线，在一定转速下，若流量变化，泵的压头也要改变。为保持泵的压头恒定，通常采用旁路控制泵的出口压力。旁路调节利用旁路来平衡泵的总流量来维持压头稳定。从能源效率来看，从旁路流回到泵入口的冷却水对生产没有任何作用，泵为输送这部分水所消耗的功为无用功，很不经济。
变频调速控制恒压供水，直接将从压力变送器传送过来的压力值同设定值比较，通过 PID 控制算法得到变频器输出频率，从而改变泵的转速而调节泵的出口压力，形成闭路控制系统。
变频恒压控制的节能量并不与流量的三次方成正比，而只与其呈线性正比，节能量较前述的变频流量控制的节能量显著降低，这是由于当有用户关小阀门而引起总管路压降增大导致额外的损失，但这是为保持用户独立而不可避免的。
4 空压机组的变频恒压供气控制
空压机的种类有很多，有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在 p min～p max之间来回变化。p min是能够保证用户正常工作的*低压力值，p max是设定的*高压力值。
加卸载控制方式存在极大的能源浪费，主要体现在以下三个部分。①压缩空气压力超过 p min所消耗的能量。当储气罐中空气压力达到生产要求p min后，加卸载供气控制方式还要使其压力继续上升，直到 p max。这一过程需要额外的压缩功。②减压阀减压消耗的能量。气动元件的额定气压在 p min左右，高于 p min的气体进入气动元件前需要用减压阀将其减至 p min，这是一种能量损失。③卸载时调节方法不合理所消耗的能量。卸载期间，尽管压缩机不需要再压缩气体做功，但电机还是要带动螺杆做回转运动需消耗电能。据测算，空气压缩机卸载时的能耗约占满载运行时的 10%～35%。
变频恒压控制根据储气罐压力与设定压力的偏差自动调整电机转速维持压力恒定，可以克服加卸载控制的以上缺点，达到系统高效节能、精确控制的目的。变频恒压供气控制较加卸载控制的节能量从理论上给出数学表达式较为复杂，常根据实测数据比较节能量。
实例 某企业有 4 台螺杆式空气压缩机，均为 90 kW，原采用每台均采用加卸方式控制。前三台空压机处于长期加载状态，而第四台加、卸载频繁。据统计，每天卸载时间为 9 h，卸载时的电机功率为加载时的 20%.为稳定压力，对第 4 台空压机采用变频 PID 控制。根据改造前后各一个月的用电统计，该台空压机变频恒压控制后节能达 30%.若以年运行 300 天计，年节能量为W s =90×（15+9×20%）×300×30%=136 080 kW？h结合变频调速，若对多台压缩机运行进行中央集中控制，合理设置启停机规则，并对系统压力设定值进行优化，可取得更为显著的节能量。
5 冷冻机组的变频控制
压缩制冷循环由压缩、冷凝、节流和蒸发四个环节组成。冷冻机组的电耗环节有二：一是压缩机，二是冷却水系统。这两个环节在实际运行中都可能存在“大马拉小车”的问题。
冷却水系统。设计上，冷却水输送泵的容量是按照*大换热量以及*恶劣条件，即压缩机 100%负荷和环境气温*高，再取一定的安全系数来确定的。由于季节和昼夜气温的变化以及工艺冷量负荷的变化，实际换热量远小于设计值，因此，冷却水的进出口温差很小，甚至只有 1 ℃左右。从节能的角度讲，只要冷却水能及时将冷凝器中的热量带走保证制冷循环正常进行，冷却水流量越小，输送泵所做的就越少，节能也就越明显。
压缩机系统。压缩机通过调节制冷剂的吸入量来调节蒸发器温度或者制冷量。导流叶片电动调节器自动控制导流叶片的开度，导流叶片可以在设计值的 100%到 15%之间调节制冷剂流量，从而控制冷冻机组的制冷量。电机的设计值也是按负荷100%，在部分负荷下出现“大马拉小车”的现象。
若采用变频技术改造制冷量控制系统，由于涉及导叶轮的控制和制冷机组内部的改动，需要压缩机厂家参与改造，不可自行改动。根据冷冻机组厂商约克（YORK）提供的数据，变频控制制冷量的年节电达 15%～25%，在低负荷下，节能持续高达75%.
采用变频调速技术改造冷却水流速，则简单易行。冷冻机组的冷却水系统需与车间冷却水系统独立，由于扬程差距甚大不要共用冷却水输送泵。冷却水系统在实现变频调速时，多采用冷却水进水和回水的温差控制。温差大，说明冷冻机组制冷负荷大，应提高泵的转速加大冷却水流量，加大冷却量；温差小，冷冻机组负荷小，适当减小冷却水流量，以增加节能效果。由于冷却水进水温度随环境温度而变化，影响换热效果，因此，设定温差应根据进水温度适当调整。进水温度低时，应着重节能效果，设定温差可适当增大；进水温度高时，必须保证冷却效果，设定温差应减小。利用变频调速控制冷冻机组的冷却水流量，有效功与流量的三次方成正比，其节能量是非常可观的，这里不再举例分析。
6 结论
精细化工生产的不确定性和设计上的保守性，使“大马拉小车”现象在生产中普遍存在。
从公用工程供应端提高能源效率，是精细化工企业做好节能减排工作的可靠且简便的途径。空压机组、冷冻机组和冷却水输送泵是公用工程系统的主要电耗大户，利用变频调速技术优化控制它们的运行，提高它们的运行效率，不仅降低设备能耗，还可以提高系统稳定性和控制精度，实现可观的经济效益。
