循環(huán)水離心泵永磁調(diào)速改造

燕山石化水氣管理中心第七供水車間二循共有3臺循環(huán)水泵，為化工二廠三聚裝置提供循環(huán)水，正常運(yùn)行時兩用一備。

　　1 運(yùn)行中存在的問題

　　化工二廠三聚裝置用水量在2 500m3/h～3 500m3/h，單泵運(yùn)行時無法保證裝置的用水，給安全生產(chǎn)造成設(shè)備隱患；雙泵運(yùn)行，管網(wǎng)壓力高0.65MPa～0.70 MPa，超過工藝控制范圍0.40MPa～0.60MPa，雙泵并聯(lián)運(yùn)行效率低，裝置通過調(diào)節(jié)閥門控制循環(huán)水量，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。

　　從流體力學(xué)原理可知，使用感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動水泵負(fù)載，軸功率P與流量Q揚(yáng)程H的關(guān)系為：P∝Q×H，即當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n1變化到n2時，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：輸出流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比：輸出壓力（揚(yáng)程）H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比：輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比：例如當(dāng)需要50%的額定流量時，通過調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的50%，這時所需功率僅為原來的（50%）3，即12.5%。當(dāng)轉(zhuǎn)速越低時其節(jié)能效果越明顯。

　　2 調(diào)速方案、原理

　　傳統(tǒng)的變頻技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的新技術(shù)，其變頻原理是根據(jù)三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過半導(dǎo)體電子元件構(gòu)成電力變頻器，連續(xù)調(diào)節(jié)電動機(jī)的頻率，進(jìn)而相應(yīng)改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能的目的。變頻改造需更換電機(jī)和水泵，改造費(fèi)用高，周期長。本次改造采用水冷型永磁調(diào)速驅(qū)動器的方式，在電機(jī)和水泵間增加永磁調(diào)速驅(qū)動器，調(diào)速系統(tǒng)主要包括永磁調(diào)速驅(qū)動器、PLC、壓力傳感器等組成的閉環(huán)控制部分以及配套的配電、管網(wǎng)等。

　　2.1 永磁調(diào)速工作原理

　　永磁調(diào)速驅(qū)動器主要有導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子固定在電機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載（水泵）轉(zhuǎn)軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有間隙（稱為氣隙）。這樣電機(jī)和負(fù)載由原來的硬（機(jī)械）鏈接轉(zhuǎn)變?yōu)檐洠ù牛╂溄樱ㄟ^調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的氣隙就可實現(xiàn)負(fù)載軸上的輸出轉(zhuǎn)矩變化，從而實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化。

　　永磁調(diào)速通過供水系統(tǒng)管網(wǎng)上的壓力傳感器對管網(wǎng)的水壓進(jìn)行采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將其送至PLC控制端，PLC將壓力信號與用戶設(shè)置的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，在將結(jié)果轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)信號送至永磁調(diào)速驅(qū)動器。永磁調(diào)速驅(qū)動器根據(jù)接收到的調(diào)節(jié)信號調(diào)整氣隙，從而實現(xiàn)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)供水管網(wǎng)壓力的目的。

　　2.2 永磁調(diào)速特點

　　1）調(diào)速范圍廣、精度高。永磁調(diào)速可以精確的調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制是時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍可由1%～100%，精度可為±1%，采用PLC自動控制，大大提高了調(diào)節(jié)精度，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度；

　　2）運(yùn)行可靠、維護(hù)方便費(fèi)用低。永磁調(diào)速通過改變永磁體間隙的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，平穩(wěn)運(yùn)行時完全不耗電，不采用電子元件進(jìn)行變頻，耐沖擊、耐振動，基本無需維護(hù)，維修費(fèi)用低；

　　3）電機(jī)損耗小、效率高。采用永磁調(diào)速，電動機(jī)的損耗小、效率高，水泵轉(zhuǎn)速丟轉(zhuǎn)率小于3%；

　　4）節(jié)電效果顯著。采用永磁調(diào)速，可以按負(fù)荷的大小自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速負(fù)荷，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免了靠調(diào)節(jié)閥門所造成的極大浪費(fèi)；

　　5）改造簡單、周期短、費(fèi)用低。采用永磁調(diào)速的改造方案，只需在水泵和電機(jī)間增加永磁調(diào)速驅(qū)動器，改造時只需將電機(jī)基礎(chǔ)增大，無需重新購置變頻電機(jī)和水泵，減少了大量的改造費(fèi)用；

　　6）具有過載保護(hù)功能，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性，完全消除了系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的損壞；

　　7）使用壽命長，設(shè)計壽命為30年，并可延長系統(tǒng)中其他零部件的使用壽命。

　　3 永磁調(diào)速的效益

　　改造后二循將供水壓力控制在0.58MPa進(jìn)行閉環(huán)控制，水泵電機(jī)電流由42A下降至31A，消耗功率由370.9kW降低至272.1kW，節(jié)省了98.8kW，按照每年運(yùn)行8 000小時，預(yù)計每年可節(jié)電790 400度，可節(jié)省電費(fèi)52.8萬元。

　　4 結(jié)論

　　循環(huán)水供水的工藝控制調(diào)節(jié)多采用調(diào)節(jié)閥門開度完成，很大程度上存在控制不方便、水泵電機(jī)效率低的弊端，二循通過永磁調(diào)速改造，取得了良好的節(jié)電效果，穩(wěn)定了管網(wǎng)的運(yùn)行。本系統(tǒng)通過PLC實現(xiàn)恒壓控制，極大地方便了崗位人員的操作，降低了崗位人員的勞動強(qiáng)度。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件及主要技術(shù)環(huán)節(jié)的設(shè)計，都實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動控制，提高了生產(chǎn)效率，提高了供水質(zhì)量，同時永磁調(diào)速驅(qū)動器的冷卻系統(tǒng)需要進(jìn)一步的改進(jìn)。