摘要：文章以作者所在單位川化股份公司氣體廠為例，論述了應(yīng)用變頻調(diào)速、恒壓供水技術(shù)對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能改造，介紹了變頻調(diào)速、恒壓供水的控制原理和實(shí)際應(yīng)用的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；節(jié)能效果

中圖分類號(hào)：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）06-0130-02

一、概述

川化股份公司氣體廠二氧化碳車間處在公司優(yōu)化生產(chǎn)的邊緣，生產(chǎn)過程中設(shè)備開停頻繁，負(fù)荷變化波動(dòng)大。而二氧化碳裝置的設(shè)備以水泵、壓縮機(jī)、冰機(jī)等大功率、高能耗設(shè)備為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)我廠二氧化碳產(chǎn)品的電耗成本占總成本的50%左右。如何減少電能消耗，降成本，成為擺在我廠工程技術(shù)人員面前的一大難題。

通過長(zhǎng)期的觀察與分析，我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳循環(huán)水系統(tǒng)有較大的節(jié)能潛力。循環(huán)水系統(tǒng)有離心水泵3臺(tái)，兩大一小，大泵的電機(jī)額定功率為75kW，小泵的電機(jī)額定功率為22kW，其運(yùn)行方式為：二氧化碳以50%和75%的負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)水開一臺(tái)大泵運(yùn)行，兩臺(tái)大泵一用一備；以100%的負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)水開一臺(tái)大泵和一臺(tái)小泵運(yùn)行。由于季節(jié)和生產(chǎn)負(fù)荷的不同，系統(tǒng)有較大的負(fù)荷變化，在二氧化以碳兩機(jī)、三機(jī)生產(chǎn)時(shí)，75kW大水泵存在較大的富裕量。

二、節(jié)能措施

變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)是近幾十年迅速發(fā)展起來的較為優(yōu)越的新技術(shù)，因其節(jié)能效果明顯、調(diào)速曲線平滑、調(diào)速過程簡(jiǎn)單、安全可靠、保護(hù)功能齊全、起動(dòng)性能優(yōu)越、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)而得到廣泛運(yùn)用。

（一）水泵變頻節(jié)能原理

感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f有以下關(guān)系：

P——電機(jī)極對(duì)數(shù)；

S——轉(zhuǎn)差率。

不改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變供電的頻率，電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比例變動(dòng)。而泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q揚(yáng)程為：水泵流量Q與水泵功率N的關(guān)系式如下：

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

上式表明，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。即水泵消耗的功率與供電頻率的三次方成正比。因此，只要對(duì)電機(jī)輸入頻率進(jìn)行微小的調(diào)整，即可使電機(jī)的耗電大降低。例如：將電機(jī)的頻率由50Hz降到45Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低10%，電機(jī)的功率卻降低了27.1%。

（二）二氧化碳循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能點(diǎn)分析

1．電機(jī)余量至少10%；

2．生產(chǎn)負(fù)荷的變化決定節(jié)能空間，該系統(tǒng)50%和75%負(fù)荷的運(yùn)行方式相同，各占總運(yùn)行時(shí)間的40%，至少在50%的負(fù)荷下水泵存在耗能浪費(fèi)現(xiàn)象；

3．季節(jié)變化、負(fù)荷變化對(duì)水壓需求不同，該系統(tǒng)采用人工調(diào)節(jié)閥門的方式進(jìn)行控制，增加管阻存在耗能現(xiàn)象；

4．負(fù)荷變化在實(shí)際生產(chǎn)中并沒有要求控制閑暇設(shè)備的進(jìn)水、出水閥門，造成水泵的能耗浪費(fèi)。

（三）變頻節(jié)能的改造方式

本著投資最優(yōu)，見效最好、最高的基本原則，我們選擇一臺(tái)75kW的大水泵進(jìn)行變頻改造。變頻改造的結(jié)構(gòu)圖如下：

本系統(tǒng)采用恒壓供水模式，利用變頻器內(nèi)置的PID對(duì)管網(wǎng)水壓進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用時(shí)注意以下四個(gè)方面：

1．最低水壓的設(shè)置必須保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證每個(gè)用水負(fù)荷不發(fā)生因水壓低而跳車的現(xiàn)象；

2．負(fù)荷變化、環(huán)境溫度變化應(yīng)結(jié)合工藝摸索最佳水壓控制模式；

3．應(yīng)關(guān)閉未運(yùn)行負(fù)荷的進(jìn)水、出水閥；

4．系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將運(yùn)行水泵后總閥全開。

三、變頻調(diào)速、恒壓供水控制系統(tǒng)的壓力控制原理

變頻調(diào)速、恒壓供水控制系統(tǒng)的壓力控制原理圖如下：

恒壓供水的控制原理為：當(dāng)某一時(shí)刻，因系統(tǒng)用水量增大，而導(dǎo)致供水管網(wǎng)壓力降低時(shí)，壓力變送器SP的輸出信號(hào)減小。調(diào)節(jié)器PID的輸出信號(hào)增大，使變頻器頻率上升，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，水泵流量增大，供水管網(wǎng)壓力增大。當(dāng)某一時(shí)刻，因系統(tǒng)用水量減小，而使供水管網(wǎng)壓力增大時(shí)，壓力變送器SP的輸出信號(hào)就增大，調(diào)節(jié)器PID的輸出信號(hào)減小，使變頻器頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，水泵流量減小，供水管網(wǎng)壓力減小。從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其始終保持恒定。變頻器的控制原理圖如下：

系統(tǒng)采用了工頻、變頻兩套控制模式，在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可手動(dòng)轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，保證正常生產(chǎn)，還設(shè)置了本地、遠(yuǎn)程操作模式，使操作方便、可靠。對(duì)工頻、變頻系統(tǒng)還設(shè)置了軟件、更件雙重連鎖，確保設(shè)備安全。系統(tǒng)還采用了專業(yè)高精度PID調(diào)節(jié)表對(duì)水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作便捷，穩(wěn)定。保證水壓恒定和生產(chǎn)需要。

四、節(jié)能效率

改造完成后，我們?cè)诙趸佳b置兩機(jī)生產(chǎn)時(shí)，用多功能電能測(cè)試表分別對(duì)該水泵工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行情況下進(jìn)行了72小時(shí)節(jié)電性能測(cè)試。

1．工頻運(yùn)行72小時(shí)：2010年12月30日14︰30時(shí)致2011年1月2日14︰30時(shí)，電表讀數(shù)起數(shù)166，止數(shù)237.3。供耗電71.3×200/5=2852度。

2．變頻運(yùn)行72小時(shí)：2011年1月2日14︰30時(shí)致2011年1月5日14︰30時(shí)，電表讀數(shù)起數(shù)237.3，止數(shù)275.8，供耗電38.5×200/5=1540度。

節(jié)電效率計(jì)算如下：

節(jié)電效率=（1-變頻耗電度數(shù)/工頻耗電度數(shù)）×100%

=（1-1540/2852）×100%

=46%

五、結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速、恒壓供水技術(shù)是生產(chǎn)負(fù)荷變化，系統(tǒng)用水量多變情況下，降低水泵能耗，較理想的節(jié)能技術(shù)之一。它具有操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)管理維護(hù)方便，節(jié)水、節(jié)電效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。此外由于變頻器的啟動(dòng)、停止過程是漸強(qiáng)、漸弱式，不僅消除了電機(jī)啟動(dòng)的電網(wǎng)的沖擊，而且還保護(hù)延長(zhǎng)水泵、電機(jī)的使用壽命。

作者簡(jiǎn)介：覃開發(fā)（1964-），男，四川中江人，供職于川化股份公司氣體廠，研究方向：電氣技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）