變頻器在循環(huán)水泵上的應(yīng)用
時(shí)間：2013/3/15 來(lái)源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
摘 要:通過(guò)分析循環(huán)水泵實(shí)際運(yùn)行狀況，提出了采用高壓變頻器對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制以滿足生產(chǎn)實(shí)際需求，并對(duì)其節(jié)能效果和由此獲得的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵；變頻調(diào)速；供水壓力
1 循環(huán)水泵運(yùn)行概況
蘭州石化公司動(dòng)力廠第三循環(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)供水能力為7500m3／h。擔(dān)負(fù)著7套煉化裝置循環(huán)冷卻水的供應(yīng)。流程是從煉化裝置返回的壓力回水經(jīng)DN900線回到循環(huán)水場(chǎng)，沿冷卻塔DN800上水立管上塔，經(jīng)過(guò)配水和淋水裝置。進(jìn)行通風(fēng)冷卻。冷卻后的水匯人塔下集水池。再通過(guò)聯(lián)通管流人冷水池。循環(huán)水泵房設(shè)置冷水泵三臺(tái)。冷水泵從冷水池吸取冷水后加壓外供，沿DN900管線雙路進(jìn)入循環(huán)水管網(wǎng)，供生產(chǎn)裝置冷卻使用。按照生產(chǎn)要求供水壓力一般保持在O．4一O．7MPa之間，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于各煉化裝置開(kāi)停工時(shí)間不一致。造成循環(huán)冷卻水供水壓力忽高忽低，用水量大時(shí)冷水泵效率較高，而在開(kāi)工裝置少時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)工頻泵運(yùn)行時(shí)壓力過(guò)高，出口閥門處于半開(kāi)狀態(tài)時(shí)裝置能耗居高不下。導(dǎo)致冷水泵憋壓甚至引起機(jī)泵振動(dòng)和發(fā)熱。使供水能耗升高同時(shí)容易使供水設(shè)備損壞。究其原因是三臺(tái)冷水泵性能相同、供水能力相等，見(jiàn)表1。在用水量小時(shí)沒(méi)有調(diào)節(jié)手段。在生產(chǎn)用水量不是很大的時(shí)候．開(kāi)一臺(tái)冷水泵水壓偏低不能滿足生產(chǎn)要求。開(kāi)兩臺(tái)冷水泵又造成“大馬拉小車”現(xiàn)象。因此為了適應(yīng)煉化生產(chǎn)的變化，降低供水系統(tǒng)能耗，改變供水系統(tǒng)的被動(dòng)局面，采用高壓變頻器根據(jù)水壓變化控制循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行的目的。
第三循環(huán)水場(chǎng)裝置主要設(shè)備為雙吸式離心泵。
2 循環(huán)水泵變頻器的選用和方案的可行性
2．1 變頻器的選用
由于采用高壓變頻器，經(jīng)過(guò)調(diào)研選用了美國(guó)羅賓康公司（ASIRobicon）的產(chǎn)品，該公司生產(chǎn)的完美無(wú)諧波系列（Perfect-Harmony）變頻器采用世界上由羅賓康首創(chuàng)的功率單元直接串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高、中壓輸出。具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv／dt及共模電壓等問(wèn)題的特性，不必加輸出濾波器，不必增加電機(jī)的絕緣強(qiáng)度，適用于國(guó)產(chǎn)的新、舊普通異步電機(jī)，可靠性高。
變頻原理為異步電動(dòng)機(jī)用變頻器調(diào)速時(shí)的原理是通過(guò)整流將交流變成直流，經(jīng)過(guò)平滑濾波，再經(jīng)過(guò)逆變回路，把直流變成不同頻率的交流。使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速所需要的電壓、電流、頻率。
2．2 方案實(shí)施的可行性
第三循環(huán)水場(chǎng)循環(huán)水泵房并列設(shè)置冷水泵3臺(tái)。其供水能力、性能相同。選擇一臺(tái)泵安裝高壓變頻器既可實(shí)現(xiàn)在高、低水量時(shí)不同搭配。用水量大時(shí)可運(yùn)行兩臺(tái)工頻冷水泵，用水量較小時(shí)可開(kāi)一臺(tái)工頻冷水泵、另開(kāi)一臺(tái)變頻冷水泵，根據(jù)供水管網(wǎng)壓力變化情況，可隨時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將供水壓力、流量控制在較為經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。從而提高機(jī)泵運(yùn)行的靈活性，同時(shí)節(jié)約機(jī)泵的電耗。為便于與工頻冷水泵搭配，我們選擇了位于中間的2冷水泵安裝一臺(tái)1350kVA的高壓變頻裝置。
3 變頻冷水泵與工頻冷水泵節(jié)能情況對(duì)比
設(shè)備安裝完成后，我們?cè)陂_(kāi)機(jī)過(guò)程中對(duì)變頻泵與工頻泵的匹配進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試。由于采用一臺(tái)變頻冷水泵供水的機(jī)會(huì)很少。大多數(shù)情況下是與工頻冷水泵聯(lián)合供水，在試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于先期運(yùn)轉(zhuǎn)的工頻冷水泵已使母管帶壓。變頻控制的機(jī)泵在頻率較低時(shí)無(wú)法啟動(dòng)送水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)定變頻冷水泵電機(jī)啟動(dòng)頻率為85％，然后根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)變頻器，同時(shí)配合開(kāi)啟閥門。解決了同時(shí)開(kāi)工頻冷水泵和變頻冷水泵時(shí)，兩泵出El壓力不平衡問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的靈活性和安全性，并降低了電損耗，見(jiàn)表2。
本欄數(shù)據(jù)為2＃泵將變頻器調(diào)至低限保供水能力時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)
有效功率是水泵傳給水的凈功率。也就是水泵在單位時(shí)間內(nèi)，給多少重量的水提升了多少高度。水泵效率是有效功率與軸功率之比。效率愈高。表示水泵本身?yè)p失的功率愈少。從表2數(shù)據(jù)中可以看出，2泵在開(kāi)工頻冷水泵時(shí)出口壓力0．53MPa、水泵有效功率616．37kW。電機(jī)有用功率1311kW、功率因數(shù)cos<P0．96、機(jī)泵效率47．02％。在變頻狀態(tài)下冷水泵出口壓力調(diào)至供水壓力下限0．43MPa、水泵有效功率486．44kW、電機(jī)有用功率858kW、功率因數(shù)cosq）0．97、機(jī)泵效率56．69％。數(shù)據(jù)說(shuō)明變頻狀態(tài)下變頻泵在出El壓力降低時(shí)。電機(jī)的有用功率有所下降，水泵的有效功率也隨之下降。但電機(jī)電流降低了約40％，同時(shí)功率因數(shù)和機(jī)泵效率卻有所上升，表明在滿足供水壓力、流量的前提下。使用變頻泵和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行，可比兩臺(tái)工頻泵并聯(lián)運(yùn)行節(jié)能。見(jiàn)表3。
從表3兩臺(tái)泵并聯(lián)供水實(shí)際數(shù)據(jù)中可以清楚看到在工頻狀態(tài)下。泵出El壓力都超出了正常運(yùn)行壓力，已致引起機(jī)泵振動(dòng)和發(fā)熱。而在 泵變頻狀態(tài)下與3＃工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，泵出El壓力有所降低。2變頻泵電機(jī)電流則大幅下降。因此可以得出以下結(jié)論：
�。�1）安裝變頻器的水泵在用水量發(fā)生變化時(shí)，可隨壓力變化調(diào)整機(jī)泵功率，降低供水設(shè)備電耗。
�。�2）在功率因數(shù)對(duì)比方面，安裝變頻器水泵比未安裝變頻器水泵功率因數(shù)高。說(shuō)明安裝變頻器以后設(shè)備電損耗降低。
�。�3）變頻水泵在滿足裝置用水量的工況下。與滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相比電機(jī)輸出有用功率下降。機(jī)泵效率提高。按測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算供水壓力由0．53MPa降為0．43MPa時(shí)，機(jī)泵效率提高20％，電機(jī)輸出有用功率降低34．6％。
�。�4）由于變頻器的使用，解決了開(kāi)一臺(tái)不夠，開(kāi)兩臺(tái)憋壓的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的安全性。
�。�5）經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算：水泵變頻運(yùn)行時(shí)與滿負(fù)荷運(yùn)行比較可節(jié)電435kW／h。按變頻水泵每年運(yùn)行8個(gè)月（5760h），可節(jié)電250萬(wàn)kW。以電價(jià)0．45元/kW計(jì)�？晒�(jié)約電費(fèi)112．5萬(wàn)元。
4 結(jié)語(yǔ)
4．1由于循環(huán)水泵供水方式原設(shè)計(jì)是按大供水量設(shè)計(jì)的。沒(méi)有考慮到煉化裝置開(kāi)停工不同步造成的水量變化情況，致使循環(huán)水泵操作調(diào)節(jié)困難。壓力過(guò)高易發(fā)生供水設(shè)備和管網(wǎng)故障。影響安全生產(chǎn)。采用變頻技術(shù)可有效解決操作難點(diǎn)。
4．2 應(yīng)用變頻技術(shù)在供水生產(chǎn)中可實(shí)現(xiàn)高低搭配。消除大馬拉小車現(xiàn)象，節(jié)能效果顯著。
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