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)。

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