王桂英，任佩佳

（中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

變頻器在冷卻塔風機上的應(yīng)用

王桂英，任佩佳

（中國寰球工程公司 遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

通過對煉廠以前大多數(shù)機泵都采用流量控制和節(jié)流控制，經(jīng)過生產(chǎn)實踐，不論是變極調(diào)速、可控硅串極調(diào)速、電機滑差離合器調(diào)速等都不能達到理想的調(diào)速性能，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為解決上述存在的問題，煉廠普遍采用變頻調(diào)速技術(shù)。系統(tǒng)地提出了變頻調(diào)速控制原理、變頻器容量設(shè)計選擇、變頻器應(yīng)用及效益，為變頻器設(shè)計提供借鑒。

變頻器；冷卻塔風機；節(jié)能；應(yīng)用

隨著企業(yè)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展及科學技術(shù)的不斷提高，人們在現(xiàn)階段的生產(chǎn)當中不在滿足于把生產(chǎn)裝置如何能夠更好的運行起來，而是考慮到如何生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，并且節(jié)能降耗、少投入、多產(chǎn)出，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。

對于煉廠以前大多數(shù)機泵都采用流量控制方案和節(jié)流控制。此方案在煉廠中應(yīng)用的如何呢？根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，就煉廠而言，機泵耗電一般占煉廠用電的80%左右，煉油企業(yè)全國平均原油加工負荷不到70%，運行中的機泵負荷一般只有40%～50%，負荷率低于40%[1]的機泵占20%左右，由于機泵負荷經(jīng)常變化，所以只好靠出口閥門節(jié)流調(diào)節(jié)流量，這不僅損失了相當數(shù)量的功率，而且產(chǎn)生了高分貝的噪音，降低了設(shè)備的密封性，影響了裝置安全、穩(wěn)定、長期運行。

所以改變交流電機的調(diào)速性能一直是人們非常關(guān)心的課題，經(jīng)過生產(chǎn)實踐，不論是變極調(diào)速、可控硅串極調(diào)速、電機滑差離合器調(diào)速]等都不能達到理想的調(diào)速性能[2]。

進入20世紀80年代，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為解決上述存在的問題，煉廠普遍采用變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)是電力技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)高度發(fā)展，緊密結(jié)合的產(chǎn)物，是目前電機節(jié)電的最佳技術(shù)，使用變頻調(diào)速器，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速達到控制流量的目的，在滿足生產(chǎn)工藝閉環(huán)控制要求的同時，消除或大大減少閥門和擋板截流損失，從而達到節(jié)能和滿足生產(chǎn)工藝要求的目的。

交流變頻調(diào)速裝置，在頻率范圍動態(tài)響應(yīng)、調(diào)速精度、低頻轉(zhuǎn)距、輸出性能、功率因數(shù)、工作效率等方面都發(fā)揮了交流調(diào)速的優(yōu)點，而且很好地解決了電機調(diào)速性能不好的缺點[2]。

1 變頻調(diào)速原理

變頻調(diào)速是一種高效率、高性能的調(diào)速方式，采用異步電動機（或同步機），使其在整個工作范圍內(nèi)保持在正常的小轉(zhuǎn)差率下運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無極平滑調(diào)速。由公式n = 60f/p（1-s）[2]，其中n： 交流電動機轉(zhuǎn)速，f： 電源頻率，p：電機極數(shù)，s：轉(zhuǎn)差率（同步電動機時，s=0）可知，當轉(zhuǎn)差率s不變時，交流電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比變化[2]。這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制，因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調(diào)速設(shè)備的首選設(shè)備。

2 變頻調(diào)速器的容量選擇

相對于電機來說，變頻調(diào)速器的價格比較貴的，因此在保證安全可靠運行的前提下，合理地降低變頻調(diào)速器的容量以節(jié)省費用是很必要的。

為了保證在任何情況下變頻器均能正常運行，考慮到通用性變頻器生產(chǎn)廠家要求選用變頻器的功率應(yīng)大于或等于電動機額定功率的1.1倍。這一規(guī)定不大符合石化企業(yè)的具體情況，留有余量太大，煉油生產(chǎn)裝置的許多機泵原設(shè)計就留有裕量，用調(diào)節(jié)閥控制時電機的負荷率就不高，采用變頻調(diào)速后調(diào)節(jié)閥兩端的壓差損失可節(jié)省下來，機泵消耗功率將變得更小，變頻調(diào)速器的容量有可能不按電機的額定容量來選擇。

3 風機和泵的調(diào)速節(jié)能原理

圖1,2中，橫坐標是流量Q；縱坐標是壓力H；曲線I是風機水泵額定運行狀態(tài)下的特性曲線；曲線II是風機水泵在變速運行狀態(tài)下的特性曲線；曲線III是風道或管網(wǎng)在風門或節(jié)門全開情況下的阻力特性曲線；曲線IV是調(diào)節(jié)風門或節(jié)門的阻力特性曲線[2]。

圖1 風機運行及節(jié)能曲線Fig. 1 The fan running and energy saving curve

圖1 和圖2的不同點是阻力曲線的起點，風機系統(tǒng)的風阻曲線是從原點O開始，泵系統(tǒng)的阻力曲線是從原點以上的水泵系統(tǒng)靜揚程H0點開始的。

在不調(diào)速的額定流量Q1運行情況下，系統(tǒng)的工作點是A點，壓力是H1。電動機提供的功率是長方形P1=OQ1AH1的面積。

當流量需求是Q2時，由于電動機是不調(diào)速的，故工作點還要在曲線I上，解決的方法就是調(diào)節(jié)風門或節(jié)門，使阻力曲線由III變?yōu)榍€IV，系統(tǒng)工作點為B，壓力是H2。電動機提供的功率是長方形P2=OQ2BH2的面積。

圖2 泵運行及節(jié)能曲線Fig. 2 The pump running and energy saving curve

比較P1和P2可以看到，流量的減少是靠風門或節(jié)門將壓力提高了來完成的，因而，兩者的功率消耗相差無幾。

如果使用調(diào)速運行的方法來調(diào)節(jié)，就是讓風機或泵系統(tǒng)運行在特性曲線II上，而風門或節(jié)門還是額定運行時的全開狀態(tài)，即阻力曲線仍然是曲線III，這時，系統(tǒng)工作點在C ，壓力是H3。電動機提供的功率是P3=OQ2CH3。

比較P3和P1可以看到，功率降低很多。P1和P3的差值就是節(jié)約的能量。

對單機運行(單風機或單泵)，可以利用上述原理計算節(jié)能。

4 變頻器在冷卻塔風機上節(jié)能應(yīng)用

在循環(huán)水場工程項目設(shè)計中，冷卻塔風機額定容量為200 kW，共2臺采用變頻調(diào)速控制[3]。

廠里未給出流量變化范圍，故按流量在70%～100%之間變化來計算。

全速運行，調(diào)節(jié)節(jié)門時使用的電量W：

每kWh按0.5元計算，年用電費：

變速運行時：

設(shè)流量70%運行100 d；85%流量運行160 d；100%流量運行100 d。

風機年使用的電量W：

年用電費：0.5×1 878 720=939 360元和連續(xù)全速運行時相比，節(jié)約電費：

年節(jié)電費788 640元，考慮靜差等因素，年節(jié)電費在79萬元以上。

5 效 益

從上面的計算可以看到，裝置在采用變速運行后，節(jié)電效益非常顯著，變頻器的初投資用1～2 a的時間就可以從節(jié)約的電能中回收回來。投資成本回收后，以后每年節(jié)約的電費就都是企業(yè)的凈收益。

變頻前噪音一般在87～100.3 dB，變頻后一般在86 dB以下，可見噪音顯著減少，改善了環(huán)境。

從近到遠足以證明，變頻調(diào)速器在煉油企業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著的節(jié)電作用。

變頻調(diào)速還有一個最佳方案，可以采用“一拖二”的變頻方式，以減少投資。所謂“一拖二”的變頻方式，是指用一臺變頻器供兩臺互為備用的電機間歇使用，或者帶動主泵或者帶動備用泵，變頻器的容量僅根據(jù)一臺電動機功率選定。在滿足生產(chǎn)要求的前提下，對允許停泵的機泵采用“一拖二”的變頻方案。

6 結(jié)束語

總之，變頻調(diào)速用于煉油廠生產(chǎn)中，不產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等有害物質(zhì)。并且，由于電機和泵都處于輕載狀態(tài)，使得機械元件損壞率下降，雖然變頻調(diào)速對電網(wǎng)產(chǎn)生一些高次諧波，但加入電抗器后，能保證將諧波減少到不影響電網(wǎng)運行的標準。盡管變頻調(diào)速器有許多優(yōu)點，但也它的不足之處，由于國產(chǎn)的變頻調(diào)速器元件質(zhì)量還不過關(guān)，產(chǎn)品使用壽命不能滿足煉油企業(yè)的生產(chǎn)需求，而國外的產(chǎn)品價格又高。

近幾年來，國內(nèi)引進了國外的先進技術(shù)和先進元器件，使其性能完全達到了國外相同產(chǎn)品的水平，但是，大功率的變頻調(diào)速器目前還需要國外進口，所以一直尚未在煉油企業(yè)推廣開。

總體來看，變頻調(diào)速器的實施從全國來看是勢在必行，早上早受益，而且它的效益遠不僅是節(jié)能，其綜合效益是無法估量的，特別是在煉油企業(yè)更有遠大的發(fā)展遠景。

［1］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院組.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊:第三冊[M]. 北京：中國電力出版社，2005-05.

［2］浦文宗. 注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)考試復習指導書:供配電專業(yè):第三冊[M] .北京：中國電力出版社，2004-04.

［3］GBT21056-2007風機泵類負載變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)條件[S]. 中國標準出版社.

Application of the Frequency Converter in Cooling Tower Fan

WANG Gui-ying，REN Pei-jia
（HQC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006, China）

Most pumps in the refinery were used under flow control and throttle control before. In the production practice, pole-changing control, SCR-cascade control and motor slip clutch speed regulation all can’t achieve an ideal speed governing performance. With the rapid development of electronic technology, frequency control of motor speed is generally applied to solve the problems above in the modern refineries. In this paper, the principle of frequency control of motor speed was introduced, how to choose suitable frequency converter capacity was discussed, and application effect of the frequency converter was analyzed, which could provide the reference for the frequency converter design.

Frequency converter; Cooling tower fan; Energy saving; Application

TN 77

M

1671-0460（2015）01-0178-03

2014-10-25

王桂英（1962-），女，工程師，遼寧撫順人，1989年畢業(yè)于撫礦工學院電氣自動化專業(yè)，主要從事電氣自動化專業(yè)設(shè)計。E-mail：wangguiying@hqcec.com。