反滲透系統高壓泵變頻控制方案探討

周根來

(華電水務工程有限公司，北京 100160)

1 概 述

火電廠鍋爐補給水系統由原水預處理(過濾器)、超濾反滲透、電除鹽(或離子交換)系統組成。超濾反滲透系統是鍋爐補給水系統中必不可少的子系統。超濾，主要用于分離蛋白質、膠體、細菌等，操作壓力0.1 MPa左右。反滲透又稱逆滲透，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，操作壓力為2～10 MPa。超濾裝置的物料在進入反滲透膜前，需要設高壓泵來提高壓力。典型超濾反滲透膜水處理流程(如圖1所示)： 自清洗過濾器—超濾裝置—超濾產水箱—反滲透供水泵—反滲透保安過濾器—反滲透高壓泵—反滲透裝置—反滲透產水箱。

圖1 超濾反滲透膜水處理示意

2 初期設計方案

20世紀90年代初，電廠從歐美引進超濾反滲透工藝，為了防止反滲透系統啟動時泵的出口壓力超過膜能承受的壓力，采用變頻器控制，在系統啟動時，控制高壓泵緩慢地提高轉速，使電流緩慢升高，不會造成對電網的沖擊。但當時變頻器采用原裝進口，投資成本較高，設計人員綜合考慮上述因素，采用電動慢開門代替變頻器。電動慢開門應為全開或全閉閥門，其全開或全閉的時間是可以調節的，但一般設定為45～60 s。打開電動慢開門，即緩慢向系統的反滲透膜上加載壓力。電動慢開門只能減緩高壓水源對膜的直接沖擊，并不能調節高壓泵出口的水源壓力。

3 優化設計方案

近幾年，進口品牌變頻器價格已大幅下降，針對此工藝，設計人員又采用了高壓泵配變頻器的思路，但仍保留了電動慢開門。反滲透系統高壓泵采用變頻調速，通過降低轉速減小泵出口壓力，以防止反滲透膜受到沖擊，并能調節泵出口的壓力。從上述可見，高壓泵變頻調節水壓的功能比電動慢開門更可靠先進。

變頻器通過改變電源頻率，從而改變電機的轉速。調試人員設置變頻器內部常規參數(例如電機轉速、電機功率及輸入輸出頻率等)，就可以控制電機的轉速。而反滲透高壓泵所配變頻器不僅要降低轉速，同時在一定時間內輸出頻率能上升到要求的固定的頻率。實現此過程平穩運行，調試人員需要不斷調整變頻器內部參數。在此，筆者先介紹2個重要的參數調整。

加速時間是輸出頻率從0上升到最大頻率所需的時間；減速時間是指從最大頻率下降到0所需的時間。通常用頻率設定信號上升、下降來確定加、減速時間。高壓泵啟動時為防止反滲透膜壓力過大受到沖擊，需要設定啟動的加速時間，設定要求： 將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，避免過流失速引起變頻器跳閘。加速時間可根據負載計算，但在調試中常采取按負載和經驗先設定較長加速時間，通過啟、停電機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加速設定時間逐漸縮短，以運轉中不發生報警為原則，重復操作幾次，便可能確定出最佳加速時間。

頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功能。筆者在調試反滲透高壓泵時，通過變頻器輸出頻率的上、下限幅值，來控制高壓泵變頻器的最大啟動頻率，以保持壓力恒定。

鑒于目前水處理工程降低成本的壓力，工藝設計人員在了解反滲透膜能承受的進水壓力，研究高壓泵的性能曲線圖及電機能啟動的最低頻率的基礎上，發現通過調整加減速時間、輸出頻率限制、頻率輸入信號偏置等內部參數，能滿足高壓泵低頻啟動，限時達到最大頻率。如果變頻器不僅能降低轉速，又能在一定時間內將輸出頻率上升到要求的固定的頻率，就可以考慮取消電動慢開門。

4 實際案例

以華電儀征鍋爐補給水超濾反滲透系統為例，根據高壓泵的揚程、流量、電機最低的啟動頻率，計算最高啟動頻率和加速時間。

該工程反滲透配套的高壓泵的廠家為濱特爾，型號為125-100-315DS，揚程為1.8 MPa，流量為160 m3/h，最低啟動的頻率為15 Hz；反滲透膜采用陶氏BW30FR-400/34i，要求進水壓力不大于0.3 MPa，每秒鐘升壓為0.07 MPa。調試人員根據上述參數，提出了高壓泵電機啟動的合適頻率為20 Hz。從而確定泵的最大頻率為45 Hz，加速時間定位40 s，計算出每秒鐘升壓為0.04 MPa，均能滿足工藝運行要求。

高壓泵配套的變頻器廠家為ABB，型號為ACS510-01-246A-4，在啟動電機前，需要調整設置的內部參數如下： 設定電機轉速為2 900 r/min；輸出頻率為45 Hz；電機功率為132 kW；選擇加、減速曲線，選擇默認線性曲線；設定加速時間為40 s，減速時間為40 s。

此項目超濾反滲透已經正常投用2年多，一直平穩運行，從而建議高壓泵采用變頻控制，取消其后面的電動慢開門。

5 結束語

華電水務工程有限公司承接的國內外多個項目，反滲透高壓泵后不再設計電動慢開門，設計一個氣動開關閥，高壓泵采用變頻控制(變頻器內部參數出廠已設置)，正式投用的水處理工程已平穩運行了多年。這樣不僅能直接減少工程投資，且能減少泵啟動時對反滲透膜的沖擊，延長了反滲透膜的使用壽命，降低了設備的維修費用，提高了經濟效益。

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