變頻器在循環(huán)水泵上的應用
時間：2013/3/15 來源：浙江揚子江泵業(yè)有限公司
摘 要:通過分析循環(huán)水泵實際運行狀況，提出了采用高壓變頻器對循環(huán)水泵進行變頻調速控制以滿足生產實際需求，并對其節(jié)能效果和由此獲得的經濟效益進行了分析。
關鍵詞:循環(huán)水泵；變頻調速；供水壓力
1 循環(huán)水泵運行概況
蘭州石化公司動力廠第三循環(huán)水場設計供水能力為7500m3／h。擔負著7套煉化裝置循環(huán)冷卻水的供應。流程是從煉化裝置返回的壓力回水經DN900線回到循環(huán)水場，沿冷卻塔DN800上水立管上塔，經過配水和淋水裝置。進行通風冷卻。冷卻后的水匯人塔下集水池。再通過聯(lián)通管流人冷水池。循環(huán)水泵房設置冷水泵三臺。冷水泵從冷水池吸取冷水后加壓外供，沿DN900管線雙路進入循環(huán)水管網(wǎng)，供生產裝置冷卻使用。按照生產要求供水壓力一般保持在O．4一O．7MPa之間，但在實際運行中發(fā)現(xiàn)，由于各煉化裝置開停工時間不一致。造成循環(huán)冷卻水供水壓力忽高忽低，用水量大時冷水泵效率較高，而在開工裝置少時，開兩臺工頻泵運行時壓力過高，出口閥門處于半開狀態(tài)時裝置能耗居高不下。導致冷水泵憋壓甚至引起機泵振動和發(fā)熱。使供水能耗升高同時容易使供水設備損壞。究其原因是三臺冷水泵性能相同、供水能力相等，見表1。在用水量小時沒有調節(jié)手段。在生產用水量不是很大的時候．開一臺冷水泵水壓偏低不能滿足生產要求。開兩臺冷水泵又造成“大馬拉小車”現(xiàn)象。因此為了適應煉化生產的變化，降低供水系統(tǒng)能耗，改變供水系統(tǒng)的被動局面，采用高壓變頻器根據(jù)水壓變化控制循環(huán)水泵轉速以達到經濟合理運行的目的。
第三循環(huán)水場裝置主要設備為雙吸式離心泵。
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，經過調研選用了美國羅賓康公司（ASIRobicon）的產品，該公司生產的完美無諧波系列（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)的方式實現(xiàn)直接高、中壓輸出。具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉矩脈動、噪音、dv／dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，不必增加電機的絕緣強度，適用于國產的新、舊普通異步電機，可靠性高。
變頻原理為異步電動機用變頻器調速時的原理是通過整流將交流變成直流，經過平滑濾波，再經過逆變回路，把直流變成不同頻率的交流。使電動機獲得無級調速所需要的電壓、電流、頻率。
2．2 方案實施的可行性
第三循環(huán)水場循環(huán)水泵房并列設置冷水泵3臺。其供水能力、性能相同。選擇一臺泵安裝高壓變頻器既可實現(xiàn)在高、低水量時不同搭配。用水量大時可運行兩臺工頻冷水泵，用水量較小時可開一臺工頻冷水泵、另開一臺變頻冷水泵，根據(jù)供水管網(wǎng)壓力變化情況，可隨時調節(jié)電動機轉速，將供水壓力、流量控制在較為經濟的狀態(tài)。從而提高機泵運行的靈活性，同時節(jié)約機泵的電耗。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)能情況對比
設備安裝完成后，我們在開機過程中對變頻泵與工頻泵的匹配進行了反復調試。由于采用一臺變頻冷水泵供水的機會很少。大多數(shù)情況下是與工頻冷水泵聯(lián)合供水，在試運行過程中發(fā)現(xiàn)由于先期運轉的工頻冷水泵已使母管帶壓。變頻控制的機泵在頻率較低時無法啟動送水。根據(jù)現(xiàn)場實際經過反復試驗，設定變頻冷水泵電機啟動頻率為85％，然后根據(jù)管網(wǎng)壓力調節(jié)變頻器，同時配合開啟閥門。解決了同時開工頻冷水泵和變頻冷水泵時，兩泵出El壓力不平衡問題，提高了系統(tǒng)的靈活性和安全性，并降低了電損耗，見表2。
本欄數(shù)據(jù)為2＃泵將變頻器調至低限保供水能力時測量數(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間內，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。表示水泵本身損失的功率愈少。從表2數(shù)據(jù)中可以看出，2泵在開工頻冷水泵時出口壓力0．53MPa、水泵有效功率616．37kW。電機有用功率1311kW、功率因數(shù)cos<P0．96、機泵效率47．02％。在變頻狀態(tài)下冷水泵出口壓力調至供水壓力下限0．43MPa、水泵有效功率486．44kW、電機有用功率858kW、功率因數(shù)cosq）0．97、機泵效率56．69％。數(shù)據(jù)說明變頻狀態(tài)下變頻泵在出El壓力降低時。電機的有用功率有所下降，水泵的有效功率也隨之下降。但電機電流降低了約40％，同時功率因數(shù)和機泵效率卻有所上升，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)運行，可比兩臺工頻泵并聯(lián)運行節(jié)能。見表3。
從表3兩臺泵并聯(lián)供水實際數(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行壓力，已致引起機泵振動和發(fā)熱。而在 泵變頻狀態(tài)下與3＃工頻泵并聯(lián)運行時，泵出El壓力有所降低。2變頻泵電機電流則大幅下降。因此可以得出以下結論：
�。�1）安裝變頻器的水泵在用水量發(fā)生變化時，可隨壓力變化調整機泵功率，降低供水設備電耗。
�。�2）在功率因數(shù)對比方面，安裝變頻器水泵比未安裝變頻器水泵功率因數(shù)高。說明安裝變頻器以后設備電損耗降低。
（3）變頻水泵在滿足裝置用水量的工況下。與滿負荷運轉時相比電機輸出有用功率下降。機泵效率提高。按測定數(shù)據(jù)計算供水壓力由0．53MPa降為0．43MPa時，機泵效率提高20％，電機輸出有用功率降低34．6％。
�。�4）由于變頻器的使用，解決了開一臺不夠，開兩臺憋壓的問題，提高了系統(tǒng)運行的靈活性，同時也提高了系統(tǒng)的安全性。
�。�5）經濟效益計算：水泵變頻運行時與滿負荷運行比較可節(jié)電435kW／h。按變頻水泵每年運行8個月（5760h），可節(jié)電250萬kW。以電價0．45元/kW計�？晒�(jié)約電費112．5萬元。
4 結語
4．1由于循環(huán)水泵供水方式原設計是按大供水量設計的。沒有考慮到煉化裝置開停工不同步造成的水量變化情況，致使循環(huán)水泵操作調節(jié)困難。壓力過高易發(fā)生供水設備和管網(wǎng)故障。影響安全生產。采用變頻技術可有效解決操作難點。
4．2 應用變頻技術在供水生產中可實現(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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