循环水离心泵永磁调速改造
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摘要 燕山石化水气中心第七供水车间二循供水存在用水量小于水泵供水量，供水压力高，能耗浪费严重的问题，通过永磁调速改造，实现了恒压供水，节省了大量电耗，取得了良好的效果。
中图分类号TH311 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）89-0199-01
0 引言
燕山石化水气管理中心第七供水车间二循共有3台循环水泵，为化工二厂三聚装置提供循环水，正常运行时两用一备。
1 运行中存在的问题
化工二厂三聚装置用水量在2 500m3/h～3 500m3/h，单泵运行时无法保证装置的用水，给安全生产造成设备隐患；双泵运行，管网压力高0.65MPa～0.70 MPa，超过工艺控制范围0.40MPa～0.60MPa，双泵并联运行效率低，装置通过调节阀门控制循环水量，能耗浪费严重。
从流体力学原理可知，使用感应电动机驱动水泵负载，轴功率P与流量Q扬程H的关系为：P∝Q×H，即当电动机的转速n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下：输出流量Q与转速n成正比：输出压力（扬程）H与转速n的平方成正比：输出轴功率P与转速n的立方成正比：例如当需要50%的额定流量时，通过调节水泵的转速至额定转速的50%，这时所需功率仅为原来的（50%）3，即12.5%。当转速越低时其节能效果越明显。
2 调速方案、原理
传统的变频技术是20世纪80年代兴起的新技术，其变频原理是根据三相异步电机的转速，通过半导体电子元件构成电力变频器，连续调节电动机的频率，进而相应改变电动机的转速，以达到节能的目的。变频改造需更换电机和水泵，改造费用高，周期长。本次改造采用水冷型永磁调速驱动器的方式，在电机和水泵间增加永磁调速驱动器，调速系统主要包括永磁调速驱动器、PLC、压力传感器等组成的闭环控制部分以及配套的配电、管网等。
2.1 永磁调速工作原理
永磁调速驱动器主要有导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电机轴上，永磁转子固定在负载（水泵）转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。这样电机和负载由原来的硬（机械）链接转变为软（磁）链接，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化。
永磁调速通过供水系统管网上的压力传感器对管网的水压进行采样，将压力信号转换为电信号，并将其送至PLC控制端，PLC将压力信号与用户设置的压力值进行比较和运算，在将结果转换为调节信号送至永磁调速驱动器。永磁调速驱动器根据接收到的调节信号调整气隙，从而实现调整水泵转速，进而达到调节供水管网压力的目的。
2.2 永磁调速特点
1）调速范围广、精度高。永磁调速可以精确的调节水泵转速，闭环控制是时，转速调节范围可由1%～100%，精度可为±1%，采用PLC自动控制，大大提高了调节精度，减轻了操作人员的劳动强度；
2）运行可靠、维护方便费用低。永磁调速通过改变永磁体间隙的方式进行调节，平稳运行时完全不耗电，不采用电子元件进行变频，耐冲击、耐振动，基本无需维护，维修费用低；
3）电机损耗小、效率高。采用永磁调速，电动机的损耗小、效率高，水泵转速丢转率小于3%；
4）节电效果显著。采用永磁调速，可以按负荷的大小自动调节转速负荷，达到经济运行，避免了靠调节阀门所造成的极大浪费；
5）改造简单、周期短、费用低。采用永磁调速的改造方案，只需在水泵和电机间增加永磁调速驱动器，改造时只需将电机基础增大，无需重新购置变频电机和水泵，减少了大量的改造费用；
6）具有过载保护功能，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的损坏；
7）使用寿命长，设计寿命为30年，并可延长系统中其他零部件的使用寿命。
3 永磁调速的效益
改造后二循将供水压力控制在0.58MPa进行闭环控制，水泵电机电流由42A下降至31A，消耗功率由370.9kW降低至272.1kW，节省了98.8kW，按照每年运行8 000小时，预计每年可节电790 400度，可节省电费52.8万元。
4 结论
循环水供水的工艺控制调节多采用调节阀门开度完成，很大程度上存在控制不方便、水泵电机效率低的弊端，二循通过永磁调速改造，取得了良好的节电效果，稳定了管网的运行。本系统通过PLC实现恒压控制，极大地方便了岗位人员的操作，降低了岗位人员的劳动强度。系统的结构、软件及主要技术环节的设计，都实现了生产过程的自动控制，提高了生产效率，提高了供水质量，同时永磁调速驱动器的冷却系统需要进一步的改进。
参考文献
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