淮北礦業相山水泥有限責任公司2500t/d噸熟料生產線循環冷卻水池使用三臺臥式單級離心水泵，為增濕塔提供霧化及全線大型設備軸瓦冷卻用水，正常情況下兩臺開啟、一臺備用。其規格型號見表1所示。
表1 單級離心水泵參數
型號：KQWZC150/400—4.5/4
配用功率：45kW 轉速：1480r/min
流量：200m3/h 揚程：50m 必需汽蝕量：3.5m
電機型號：Y225M-4 功率：45kW
額定電流：84A 電壓：380V
功率因數： 0.84
1 原始設計的缺點
三臺離心泵為直接啟動，手動閘閥控制出口流量。由于全線管路布局錯綜復雜、管道口徑大小不一，所以管網阻力很大。單獨開啟一臺離心泵時，水泵工作電流大于95A，高于額定電流，電機會出現異響發熱狀況，循環冷卻水量低于200 m3/h，夏季時不能滿足生產需求，給設備帶來重大安全隱患；當開啟兩臺水泵并聯運行時，每臺水泵正常工況下的電流在75A～80A左右，泵口出水壓力高達0.5MPa，循環水量高于300 m3/h，完全能夠滿足生產設備需求。但在冬季或某些設備處于停運狀態時，供水量相對太大，回水循環率太高，回水溫度較低，在這種情況下同時開啟兩臺水泵，無疑將是一種耗能行為。
圖1所示為兩臺離心泵并聯工作工況曲線，根據曲線分析，若兩泵不并聯，而是其中一臺泵對管路工作，則當泵Ⅰ（或泵Ⅱ）單獨工作時，其工況為點1（或2），流量為Q1（或Q2）。對比并聯前后情況可知，并聯后的等效泵（Ⅰ+Ⅱ）在管道c中的聯合流量Qm大于任何一臺單獨工作時流量Q1或Q2，而并聯后每臺水泵各自的流量Qm1和Qm2都小于它們單獨工作時的流量Q1和Q2，即Qm1＜Q1，Qm2＜Q2。形成這種狀況的原因是由于并聯后管路流量加大，管路中水頭損失相應增加所致。
并聯的目的是為了增加通過排水管路的流量。并聯的效益η可以用并聯后的流量Qm，與并聯前揚程相對較高的水泵（泵Ⅱ）單獨工作時的流量Q2之差，對揚程較低的水泵（泵Ⅰ）單獨工作時的流量Q1之比值來度量。
很明顯，管路阻力系數愈小，管路特性曲線愈平緩，并聯效益愈高。反之，管路阻力系數愈大，管路特性曲線愈陡，并聯效益愈差。由以上分析可知，既要保證供水流量隨實際工作需要而變化，又要實現節能降耗目標，僅靠開閉水泵的數目或手動調節閘閥控制流量是不能同時達到目的的。
2 變頻改造后節能效果
011年1月，我公司將其中的一臺水泵進行了更換并加裝變頻改造，使之在冬季及大型設備停運的情況下，只開啟一臺變頻水泵，其余兩臺作為備用以利于節能；而在其它季節，視大型設備潤滑冷卻供油溫度情況（按照設計，稀油站回油溫度小于50℃），再開啟兩臺水泵并聯供水，以降低軸瓦和潤滑油溫度。
變頻泵的規格型號見表2所示。
表2 變頻離心水泵參數
電機型號：JM250M—4 功率：55KW 電壓：380V
轉速：1480r/min 功率因數：0.87 電流：103A
流量：400m3/h 揚程：48m 必需汽蝕量：4m
配置RCC—E380—4T—0550變頻器
從流體力學原理可知，使用感應電動機驅動水泵負載，當電動機的轉速n1變化到n2時，Q、H、P與轉速的關系如下：
Q1/ Q2= n1/ n2，輸出流量Q與轉速n成正比；
H1/H2=（n1/ n2）2，輸出壓力H與轉速n二次方成正比；
P1/P2=（n1/ n2）3，輸出軸功率P與轉速n三次方成正比；
例如當需要80%的額定流量時，通過調節電動機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率到50Hz×80%=40Hz，這時所需功率將僅為原來的（80%）3，即51.2%。
改造時，在水泵的出水管口接一壓力變送器（工作范圍0～1MPa），根據設備實際需求，在變頻柜上設定運行頻率用以調節電機轉速、控制泵口出水壓力和流量。數據顯示，在只使用一臺變頻水泵并將頻率設定為45Hz的情況下，電機電流穩定值為69A左右，泵口出水壓力大于0.23 MPa，能夠滿足冬季生產需要；當頻率設定為50 Hz（全頻）時，電機電流穩定值為95A左右，泵口出水壓力大于0.3 MPa，在該工況下，變頻泵每小時實際消耗功率為P=
I×U×cosφ1 =×95×380×0.87 ≈54.4KW。
改造前，兩臺并聯水泵每小時實際消耗功率為：
P=(I1+I2)×U×cosφ2=[(75A～80A)+( 75A～80A)]×380×0.84≈83KW～88KW，
亦即改造前后每小時至少可節電約83KW -54.4KW = 28.6KWh。 |