高壓變頻器在循環(huán)水泵上的應(yīng)用

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(shè)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(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，沿冷卻塔DN800上水立管上塔，經(jīng)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(shè)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(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(dǎo)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(shè)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(diào)節(jié)手段。在生產(chǎn)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(chǎn)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(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)速以達到經(jīng)濟合理運行的目的。
　　第三循環(huán)水場裝置主要設(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
　　由于我廠首次采用高壓變頻器，經(jīng)過調(diào)研選用了美國羅賓康公司（ASIRobicon）的產(chǎn)品，該公司生產(chǎn)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(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)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(chǎn)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(diào)速時的原理是通過整流將交流變成直流，經(jīng)過平滑濾波，再經(jīng)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(diào)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(shè)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(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，將供水壓力、流量控制在較為經(jīng)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(shè)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(fù)調(diào)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(zhuǎn)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(jīng)過反復(fù)試驗，設(shè)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(diào)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(diào)至最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(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

　　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(jié)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(diào)整機泵功率，降低供水設(shè)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(shè)備電損耗降低。
　　（3）變頻水泵在滿足裝置用水量的工況下。與滿負荷運轉(zhuǎn)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(jīng)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。可節(jié)約電費112．5萬元。
4 結(jié)語
4．1由于循環(huán)水泵供水方式原設(shè)計是按最大供水量設(shè)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(diào)節(jié)困難。壓力過高易發(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。
4．2 應(yīng)用變頻技術(shù)在供水生產(chǎn)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。