（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200333）

淺談企業(yè)水泵系統(tǒng)節(jié)能改造應(yīng)用

王化南 嚴(yán)禎榮

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200333）

本文是在對(duì)上海某紙業(yè)有限公司進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)水泵系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行了測(cè)試和分析，找出系統(tǒng)存在的節(jié)能空間，提出可以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率技術(shù)改造措施，達(dá)到降低水泵能耗、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。

水泵系統(tǒng)；變頻調(diào)速；節(jié)能

1 背景

水泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于食品加工、化工、農(nóng)業(yè)、機(jī)械和醫(yī)藥等各工業(yè)領(lǐng)域和商用領(lǐng)域中。據(jù)統(tǒng)計(jì):水泵系統(tǒng)耗電量約占到全世界發(fā)電量的20%和工業(yè)系統(tǒng)用電量的25-50%。與發(fā)達(dá)國(guó)家比，我國(guó)沒(méi)有改造的泵類產(chǎn)品效率平均比國(guó)外低3-5%，整個(gè)系統(tǒng)效率同比低20%左右，有很大節(jié)能潛力。根據(jù)全生命周期成本理論，水泵系統(tǒng)設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用占其全生命成本的小部分，而能源和維護(hù)成本占其在15-20年生命周期成本的絕大部分。大量研究和成功案例表明：應(yīng)用系統(tǒng)方法對(duì)水泵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)20-50%節(jié)能效果。

2 系統(tǒng)概況

企業(yè)現(xiàn)有包括漿泵和計(jì)量水泵等在內(nèi)共57臺(tái)水泵，總裝機(jī)容量1166kW，全年用電量249.11萬(wàn)kWh，其中計(jì)量水泵單臺(tái)容量不大，總數(shù)不多，節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性不高。漿泵單機(jī)功率132kW，主要用于配料輸送，受工藝不同輸送有變化，另外企業(yè)生產(chǎn)量根據(jù)市場(chǎng)需求而不斷變化。實(shí)際運(yùn)行中實(shí)際揚(yáng)程和流量有調(diào)節(jié)余地。

3 系統(tǒng)節(jié)能潛力分析及改造方案

對(duì)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)送流體，存在以下關(guān)系：（1）流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比；（2）壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；（3）軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，流量也同比例下降，但功率卻以轉(zhuǎn)速的立方迅速下降。關(guān)系如表1。

即：Q∝N；M∝N2；P∝N3；其中：Q—流體的流量；N—葉輪、水泵的軸轉(zhuǎn)速；M—軸轉(zhuǎn)矩；P—軸功率。

因此可以得出對(duì)于水泵 進(jìn)行節(jié)電改造，除可使系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)合理的狀態(tài)下運(yùn)行、產(chǎn)生節(jié)電外。對(duì)于部分揚(yáng)程允許的系統(tǒng)，可以采用多泵代替單泵或較多的泵代替較少的泵運(yùn)行， 以達(dá)到節(jié)能的目的。例如，當(dāng)一臺(tái)水泵全速運(yùn)行時(shí)，假設(shè)輸水量為1000m3，電機(jī)每小時(shí)耗電30度，而用兩臺(tái)以25Hz運(yùn)行的水泵運(yùn)行，輸水量仍然就是1000m3，但每小時(shí)耗電量變?yōu)椋?/p>

30×（12.5/100+12.5/100）=30×25%=7.5（度），是單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)耗電量1/4。再如：系統(tǒng)需要每小時(shí)1500m3輸水量，這種情況在改造前只有開啟兩臺(tái)水泵，這時(shí)每小時(shí)耗電60kWh，而兩臺(tái)變頻泵以37.5Hz運(yùn)行，輸水量為1500 m3，這時(shí)每小時(shí)耗電量?jī)H（75/100）3×2×30=25.3（度）。由以上可知，通過(guò)改變運(yùn)行模式可以節(jié)電。

該公司的漿泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)，其泵管道系統(tǒng)的進(jìn)出漿的壓力足夠滿足生產(chǎn)工況的實(shí)際需要，而該紙漿泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)為50Hz，為工頻的最高速，由此產(chǎn)生節(jié)電空間。根據(jù)紙漿泵運(yùn)行時(shí)紙漿水系統(tǒng)的特定壓力要求,可適當(dāng)降低管道系統(tǒng)紙漿水的壓力，以符合生產(chǎn)工況為前提，尋找最理想壓力控制點(diǎn)，亦即合理降低紙漿泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)能目的。

針對(duì)現(xiàn)供液控制方式存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為采用智能控制變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)紙漿液泵進(jìn)行節(jié)能改造，根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行132kW紙漿液泵智能調(diào)節(jié)是最有效、最節(jié)能的方式。S型智能節(jié)電裝置就是以其漿管道系統(tǒng)的進(jìn)出漿水壓力為控制依據(jù)，對(duì)漿泵電機(jī)進(jìn)行智能控制，使紙漿泵系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳的智能控制狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)電的目的。系統(tǒng)改造方案如圖1。

圖1 系統(tǒng)改造方案示意圖

表1 水泵各參數(shù)相關(guān)關(guān)系表

通過(guò)在漿液泵上加裝S型智能節(jié)電裝置，把漿液出水總管壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器將紙漿液出水總管的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值比較，并根據(jù)差值大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終接近設(shè)定壓力。采用壓力恒定控制技術(shù)后，使紙漿液出水總管壓力穩(wěn)定，既能使泵工作狀態(tài)滿足工況要求，又能時(shí)時(shí)輸出最經(jīng)濟(jì)功率。采用壓力恒定控制技術(shù)后，紙漿液出水總管壓力穩(wěn)定。另外，智能節(jié)電器將壓力設(shè)定在“實(shí)際值”±0.005﹪Mpa，并保持恒壓工作狀態(tài)，其中可自由按工況要求在“實(shí)際值”的上下限間設(shè)一個(gè)壓力值。本方案設(shè)計(jì)有工頻與節(jié)電有切換功能，并保留原有的控制系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)是安全可靠的。

結(jié)語(yǔ)

設(shè)備改造調(diào)試完成后，在同等工況條件下，在節(jié)電狀態(tài)和非節(jié)電狀態(tài)下連續(xù)測(cè)試2天，分別記錄用電量并進(jìn)行比較，得出平均節(jié)電率約18%，改造方案達(dá)到了良好的效果。因此對(duì)存在類似工況的生產(chǎn)企業(yè)，值得推廣對(duì)水泵進(jìn)行節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，有良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]方浩，裴麗秋．凝結(jié)水泵電機(jī)的變頻技術(shù)改造[J]．科技風(fēng)，2011（03）．

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