反渗透系统高压泵变频控制方案探讨

周根来

(华电水务工程有限公司，北京 100160)

1 概 述

火电厂锅炉补给水系统由原水预处理(过滤器)、超滤反渗透、电除盐(或离子交换)系统组成。超滤反渗透系统是锅炉补给水系统中必不可少的子系统。超滤，主要用于分离蛋白质、胶体、细菌等，操作压力0.1 MPa左右。反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，操作压力为2～10 MPa。超滤装置的物料在进入反渗透膜前，需要设高压泵来提高压力。典型超滤反渗透膜水处理流程(如图1所示)： 自清洗过滤器—超滤装置—超滤产水箱—反渗透供水泵—反渗透保安过滤器—反渗透高压泵—反渗透装置—反渗透产水箱。

图1 超滤反渗透膜水处理示意

2 初期设计方案

20世纪90年代初，电厂从欧美引进超滤反渗透工艺，为了防止反渗透系统启动时泵的出口压力超过膜能承受的压力，采用变频器控制，在系统启动时，控制高压泵缓慢地提高转速，使电流缓慢升高，不会造成对电网的冲击。但当时变频器采用原装进口，投资成本较高，设计人员综合考虑上述因素，采用电动慢开门代替变频器。电动慢开门应为全开或全闭阀门，其全开或全闭的时间是可以调节的，但一般设定为45～60 s。打开电动慢开门，即缓慢向系统的反渗透膜上加载压力。电动慢开门只能减缓高压水源对膜的直接冲击，并不能调节高压泵出口的水源压力。

3 优化设计方案

近几年，进口品牌变频器价格已大幅下降，针对此工艺，设计人员又采用了高压泵配变频器的思路，但仍保留了电动慢开门。反渗透系统高压泵采用变频调速，通过降低转速减小泵出口压力，以防止反渗透膜受到冲击，并能调节泵出口的压力。从上述可见，高压泵变频调节水压的功能比电动慢开门更可靠先进。

变频器通过改变电源频率，从而改变电机的转速。调试人员设置变频器内部常规参数(例如电机转速、电机功率及输入输出频率等)，就可以控制电机的转速。而反渗透高压泵所配变频器不仅要降低转速，同时在一定时间内输出频率能上升到要求的固定的频率。实现此过程平稳运行，调试人员需要不断调整变频器内部参数。在此，笔者先介绍2个重要的参数调整。

加速时间是输出频率从0上升到最大频率所需的时间；减速时间是指从最大频率下降到0所需的时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加、减速时间。高压泵启动时为防止反渗透膜压力过大受到冲击，需要设定启动的加速时间，设定要求： 将加速电流限制在变频器过电流容量以下，避免过流失速引起变频器跳闸。加速时间可根据负载计算，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加速时间，通过启、停电机观察有无过电流、过电压报警；然后将加速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可能确定出最佳加速时间。

频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。笔者在调试反渗透高压泵时，通过变频器输出频率的上、下限幅值，来控制高压泵变频器的最大启动频率，以保持压力恒定。

鉴于目前水处理工程降低成本的压力，工艺设计人员在了解反渗透膜能承受的进水压力，研究高压泵的性能曲线图及电机能启动的最低频率的基础上，发现通过调整加减速时间、输出频率限制、频率输入信号偏置等内部参数，能满足高压泵低频启动，限时达到最大频率。如果变频器不仅能降低转速，又能在一定时间内将输出频率上升到要求的固定的频率，就可以考虑取消电动慢开门。

4 实际案例

以华电仪征锅炉补给水超滤反渗透系统为例，根据高压泵的扬程、流量、电机最低的启动频率，计算最高启动频率和加速时间。

该工程反渗透配套的高压泵的厂家为滨特尔，型号为125-100-315DS，扬程为1.8 MPa，流量为160 m3/h，最低启动的频率为15 Hz；反渗透膜采用陶氏BW30FR-400/34i，要求进水压力不大于0.3 MPa，每秒钟升压为0.07 MPa。调试人员根据上述参数，提出了高压泵电机启动的合适频率为20 Hz。从而确定泵的最大频率为45 Hz，加速时间定位40 s，计算出每秒钟升压为0.04 MPa，均能满足工艺运行要求。

高压泵配套的变频器厂家为ABB，型号为ACS510-01-246A-4，在启动电机前，需要调整设置的内部参数如下： 设定电机转速为2 900 r/min；输出频率为45 Hz；电机功率为132 kW；选择加、减速曲线，选择默认线性曲线；设定加速时间为40 s，减速时间为40 s。

此项目超滤反渗透已经正常投用2年多，一直平稳运行，从而建议高压泵采用变频控制，取消其后面的电动慢开门。

5 结束语

华电水务工程有限公司承接的国内外多个项目，反渗透高压泵后不再设计电动慢开门，设计一个气动开关阀，高压泵采用变频控制(变频器内部参数出厂已设置)，正式投用的水处理工程已平稳运行了多年。这样不仅能直接减少工程投资，且能减少泵启动时对反渗透膜的冲击，延长了反渗透膜的使用寿命，降低了设备的维修费用，提高了经济效益。

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