淺談企業水泵系統節能改造應用

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200333）

淺談企業水泵系統節能改造應用

王化南 嚴禎榮

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200333）

本文是在對上海某紙業有限公司進行調研的基礎上,根據水泵系統的實際情況進行了測試和分析，找出系統存在的節能空間，提出可以提高系統運行效率技術改造措施，達到降低水泵能耗、提高系統運行效率的目的。

水泵系統；變頻調速；節能

1 背景

水泵系統廣泛應用于食品加工、化工、農業、機械和醫藥等各工業領域和商用領域中。據統計:水泵系統耗電量約占到全世界發電量的20%和工業系統用電量的25-50%。與發達國家比，我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低3-5%，整個系統效率同比低20%左右，有很大節能潛力。根據全生命周期成本理論，水泵系統設備采購費用占其全生命成本的小部分，而能源和維護成本占其在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：應用系統方法對水泵系統進行優化，達20-50%節能效果。

2 系統概況

企業現有包括漿泵和計量水泵等在內共57臺水泵，總裝機容量1166kW，全年用電量249.11萬kWh，其中計量水泵單臺容量不大，總數不多，節能改造經濟性不高。漿泵單機功率132kW，主要用于配料輸送，受工藝不同輸送有變化，另外企業生產量根據市場需求而不斷變化。實際運行中實際揚程和流量有調節余地。

3 系統節能潛力分析及改造方案

對平方轉矩負載運送流體，存在以下關系：（1）流量與轉速一次方成正比；（2）壓力與轉速的二次方成正比；（3）軸功率與轉速的三次方成正比。當降低水泵電機的轉速，流量也同比例下降，但功率卻以轉速的立方迅速下降。關系如表1。

即：Q∝N；M∝N2；P∝N3；其中：Q—流體的流量；N—葉輪、水泵的軸轉速；M—軸轉矩；P—軸功率。

因此可以得出對于水泵 進行節電改造，除可使系統在經濟合理的狀態下運行、產生節電外。對于部分揚程允許的系統，可以采用多泵代替單泵或較多的泵代替較少的泵運行， 以達到節能的目的。例如，當一臺水泵全速運行時，假設輸水量為1000m3，電機每小時耗電30度，而用兩臺以25Hz運行的水泵運行，輸水量仍然就是1000m3，但每小時耗電量變為：

30×（12.5/100+12.5/100）=30×25%=7.5（度），是單臺水泵運行時耗電量1/4。再如：系統需要每小時1500m3輸水量，這種情況在改造前只有開啟兩臺水泵，這時每小時耗電60kWh，而兩臺變頻泵以37.5Hz運行，輸水量為1500 m3，這時每小時耗電量僅（75/100）3×2×30=25.3（度）。由以上可知，通過改變運行模式可以節電。

該公司的漿泵實際運行時，其泵管道系統的進出漿的壓力足夠滿足生產工況的實際需要，而該紙漿泵實際運行時為50Hz，為工頻的最高速，由此產生節電空間。根據紙漿泵運行時紙漿水系統的特定壓力要求,可適當降低管道系統紙漿水的壓力，以符合生產工況為前提，尋找最理想壓力控制點，亦即合理降低紙漿泵的轉速，從而達到節能目的。

針對現供液控制方式存在的問題，經過分析認為采用智能控制變頻調速技術對紙漿液泵進行節能改造，根據生產情況進行132kW紙漿液泵智能調節是最有效、最節能的方式。S型智能節電裝置就是以其漿管道系統的進出漿水壓力為控制依據，對漿泵電機進行智能控制，使紙漿泵系統始終運行在最佳的智能控制狀態，從而達到節電的目的。系統改造方案如圖1。

圖1 系統改造方案示意圖

表1 水泵各參數相關關系表

通過在漿液泵上加裝S型智能節電裝置，把漿液出水總管壓力作為控制對象，壓力變送器將紙漿液出水總管的壓力轉變為電信號送給PID智能調節器，與壓力設定值比較，并根據差值大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送變頻調速器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力始終接近設定壓力。采用壓力恒定控制技術后，使紙漿液出水總管壓力穩定，既能使泵工作狀態滿足工況要求，又能時時輸出最經濟功率。采用壓力恒定控制技術后，紙漿液出水總管壓力穩定。另外，智能節電器將壓力設定在“實際值”±0.005﹪Mpa，并保持恒壓工作狀態，其中可自由按工況要求在“實際值”的上下限間設一個壓力值。本方案設計有工頻與節電有切換功能，并保留原有的控制系統，因此設計是安全可靠的。

結語

設備改造調試完成后，在同等工況條件下，在節電狀態和非節電狀態下連續測試2天，分別記錄用電量并進行比較，得出平均節電率約18%，改造方案達到了良好的效果。因此對存在類似工況的生產企業，值得推廣對水泵進行節能改造，實現節能降耗，有良好社會和經濟效益。

[1]方浩，裴麗秋．凝結水泵電機的變頻技術改造[J]．科技風，2011（03）．

TM712 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：B

B