德莱尔变频调速在水泵系统中的应用

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1、前言
　　
大庆石油管理局供水公司每年耗电费用约占供水总成本费的30左右，而其中输配水环节的电费约占总电费的70左右，因此，如何调整好外输泵的日常运行，使输配水吨水电耗保持在一个较经济合理的范围内，是节能工作的重点。我们始终积极探索，认真研究，采取有效措施来解决这个问题。
　　
2、问题的提出
　　
公司龙虎泡取水厂位于龙虎泡北岸，日取水能力为50万立方米/日。当初设计时，考虑到中长期规划和最不利水量、水位情况，选择了两种机组泵型，一种为电机1400KW/10KV，取水泵900HR（H62米，Q6360立方米/小时），另一种为电机900KW/10KW，取水泵700HR（H62米，Q3900立方米/小时）。取水厂的二级泵站——中引水厂的一、二期工程设计供水量为50万立方米/日。由于油田限产，外网用水量逐年下降，目前取水厂实际输水量只有25-30万立方米/日，泵的总流量Q仅为10400-12500万立方米/小时，输水管线水头损18—20米，而泵的铭牌扬程为62米，若要泵压降到与管网阻力相当，则机泵就会超负荷运行。因此，取水厂只能靠调整出口闸门来控制泵压，使水泵能在高效区运行。如此运行不仅增大了闸门的水头损失，浪费了大量电能，而且如果闸门节流调整不适当，机泵就很容易偏离高效段或超载运行，导致机泵的故障率增高，缩短了机组的使用寿命，近两年机泵已经累计维修10余次，消耗维修费100余万元。中引水厂是公司生产大户，对能否确保油田用水起着举足轻重的作用，因此，龙虎泡取水厂输水泵的技术改造势在必行。
　　
3、变频改造方案的初步计算和论证
　　
一般情况下，泵都在额定工作条件下，按最佳工作条件设计操作。如图1所示为泵的典型的工作曲线，AB是泵的性能曲线，与额定系统压力曲线OB相匹配，在B点可以得到额定压力下的额定流量，在该点泵有最高的效率，关闭阀门可控制流量，当流量减小时，泵分别工作在P、Q、R、S点，此时泵需要在很高的压差下工作，因此泵的的能量输出比实际系统需要多得多，多余的能量在阀上表现为热量损耗，并被液体流动时带走。用泵的输出能量除以泵的效率，可以求得对泵的总输入能量。调节泵出口阀开度来减小流量，能量损失相当大。

　　
利用变频器调速，可使电动机驱动泵变速运行，泵的特性曲线与系统在任何流量下的需要相匹配，流量与电机转速成正比，产生的压差与转速度的平方成正比，如图2所示，无级变频调速后可得到AB—CD无数条水泵特性曲线，管路特性曲线与ABDC形成的阴影带任何一个交点，都可作为工况点与外网水量变化相适应，在较小的扬程下达到P、Q、R、S点所对应的流量，而且只损失很少的能量，其节能效果相当可观。
　　
对于同一台叶片式水泵有如下规律：

Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（n1/n2）2N1/N2=（n1/n2）3
龙虎泡取水厂1#、3#、6#泵均为进口大泵，其电机转速分别为748r/m，745r/m，750r/m。
如果3#泵调速到500r/m，则其流量、扬程及功率参数如下：
Q原/Q变=n原/n变=748/500=1.496
Q变=4251.3立方米/小时
H原/H变=（n原/n变）2=1.4962
H变=28.59米
N原/N变=（n原/n变）3=1.4963
N变=412.2千瓦
　　
如果调速到550r/m，则Q=4663立方米/小时，H=34米，N=547千瓦，调速后泵参数基本适合目前工况。当然，以上计算是在假定系统的管路特性曲线不变的情况下进行的，安装变频调速设备后，泵出口阀门可以全部打开，系统的管路特性曲线将向外偏移，那么调速后的泵运行参数更有可能满足实际工况的要求，因此，可确定此方案为可取。
　　
4、变频调速方案的节能估算
　　
水泵的耗能计算公式为：P=（K×H×Q）/ηK:为裕度系数η：效率
　　
假设水泵的实际压力由目前的5.8公斤调速降至2.5公斤，且流量不变，则P25/P58=25/58＝43％，即功率消耗理论上比原来减少1－43％＝57％。按电费0.41元/度，电机效率为0.95，运行330天/年，则原来年耗电电费为（1400KW×24×330×0.41）/0.95＝478万元。
　　
变频调速降至2.5公斤后，年耗电电费为：478×43％＝205.54万元，年节省电费为478－205.54＝272.5万元。初步看来节能效果相当可观。
　　
5、方案确定
　　
考虑到中引一泵的实际条件，经过认真计算，论证，多方面考察，众多厂家的比较，我们决定安装北京利徳华福公司生产的高压大功率变频器。该变频器各项性能指标满足水泵工艺要求，可靠性较高，且改造时间短、见效快。
　　
具体方案为关闭一期和二期之间的联络阀门，二期管网独立运行，变频器采用一带一方式拖动6＃泵，6＃泵故障时，可投入工频运行。工频/变频的切换通过旁路柜手动切换。而且，工频和变频切换有电气联锁和