变频调速、恒压供水节能技术的应用

摘要：文章以作者所在单位川化股份公司气体厂为例，论述了应用变频调速、恒压供水技术对循环水泵进行节能改造，介绍了变频调速、恒压供水的控制原理和实际应用的节能效果。

关键词：变频器；恒压供水；节能效果

中图分类号：TU991文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）06-0130-02

一、概述

川化股份公司气体厂二氧化碳车间处在公司优化生产的边缘，生产过程中设备开停频繁，负荷变化波动大。而二氧化碳装置的设备以水泵、压缩机、冰机等大功率、高能耗设备为主。据统计我厂二氧化碳产品的电耗成本占总成本的50%左右。如何减少电能消耗，降成本，成为摆在我厂工程技术人员面前的一大难题。

通过长期的观察与分析，我们发现二氧化碳循环水系统有较大的节能潜力。循环水系统有离心水泵3台，两大一小，大泵的电机额定功率为75kW，小泵的电机额定功率为22kW，其运行方式为：二氧化碳以50%和75%的负荷生产时，循环水开一台大泵运行，两台大泵一用一备；以100%的负荷生产时，循环水开一台大泵和一台小泵运行。由于季节和生产负荷的不同，系统有较大的负荷变化，在二氧化以碳两机、三机生产时，75kW大水泵存在较大的富裕量。

二、节能措施

变频调速恒压供水技术是近几十年迅速发展起来的较为优越的新技术，因其节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点而得到广泛运用。

（一）水泵变频节能原理

感应电机的转速n与供电频率f有以下关系：

P——电机极对数；

S——转差率。

不改变电机的极对数，只改变供电的频率，电机的转速成正比例变动。而泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q扬程为：水泵流量Q与水泵功率N的关系式如下：

Q1/Q2=n1/n H1/H2=（n1/n2）2 N1/N2=（n1/n2）3

上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。即水泵消耗的功率与供电频率的三次方成正比。因此，只要对电机输入频率进行微小的调整，即可使电机的耗电大降低。例如：将电机的频率由50Hz降到45Hz，电机转速降低10%，电机的功率却降低了27.1%。

（二）二氧化碳循环水系统的节能点分析

1．电机余量至少10%；

2．生产负荷的变化决定节能空间，该系统50%和75%负荷的运行方式相同，各占总运行时间的40%，至少在50%的负荷下水泵存在耗能浪费现象；

3．季节变化、负荷变化对水压需求不同，该系统采用人工调节阀门的方式进行控制，增加管阻存在耗能现象；

4．负荷变化在实际生产中并没有要求控制闲暇设备的进水、出水阀门，造成水泵的能耗浪费。

（三）变频节能的改造方式

本着投资最优，见效最好、最高的基本原则，我们选择一台75kW的大水泵进行变频改造。变频改造的结构图如下：

本系统采用恒压供水模式，利用变频器内置的PID对管网水压进行闭环控制，系统设计和使用时注意以下四个方面：

1．最低水压的设置必须保证系统的正常运行，保证每个用水负荷不发生因水压低而跳车的现象；

2．负荷变化、环境温度变化应结合工艺摸索最佳水压控制模式；

3．应关闭未运行负荷的进水、出水阀；

4．系统运行时，应将运行水泵后总阀全开。

三、变频调速、恒压供水控制系统的压力控制原理

变频调速、恒压供水控制系统的压力控制原理图如下：

恒压供水的控制原理为：当某一时刻，因系统用水量增大，而导致供水管网压力降低时，压力变送器SP的输出信号减小。调节器PID的输出信号增大，使变频器频率上升，电机转速升高，水泵流量增大，供水管网压力增大。当某一时刻，因系统用水量减小，而使供水管网压力增大时，压力变送器SP的输出信号就增大，调节器PID的输出信号减小，使变频器频率降低，电机转速降低，水泵流量减小，供水管网压力减小。从而实现管网压力的自动调节，使其始终保持恒定。变频器的控制原理图如下：

系统采用了工频、变频两套控制模式，在变频器出现故障时，可手动转换为工频运行，保证正常生产，还设置了本地、远程操作模式，使操作方便、可靠。对工频、变频系统还设置了软件、更件双重连锁，确保设备安全。系统还采用了专业高精度PID调节表对水压进行调节，操作便捷，稳定。保证水压恒定和生产需要。

四、节能效率

改造完成后，我们在二氧化碳装置两机生产时，用多功能电能测试表分别对该水泵工频运行和变频运行情况下进行了72小时节电性能测试。

1．工频运行72小时：2010年12月30日14︰30时致2011年1月2日14︰30时，电表读数起数166，止数237.3。供耗电71.3×200/5=2852度。

2．变频运行72小时：2011年1月2日14︰30时致2011年1月5日14︰30时，电表读数起数237.3，止数275.8，供耗电38.5×200/5=1540度。

节电效率计算如下：

节电效率=（1-变频耗电度数/工频耗电度数）×100%

=（1-1540/2852）×100%

=46%

五、结语

变频调速、恒压供水技术是生产负荷变化，系统用水量多变情况下，降低水泵能耗，较理想的节能技术之一。它具有操作简便，系统管理维护方便，节水、节电效率高等诸多优点。此外由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，不仅消除了电机启动的电网的冲击，而且还保护延长水泵、电机的使用寿命。

作者简介：覃开发（1964-），男，四川中江人，供职于川化股份公司气体厂，研究方向：电气技术管理。

（责任编辑：赵秀娟）