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1  概述

    離心泵組的工況調(diào)節(jié)方式主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)等。節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)流損失大、不經(jīng)濟；變速調(diào)節(jié)運行經(jīng)濟性高、調(diào)節(jié)效率高。隨著人們對節(jié)能及經(jīng)濟性要求的不斷提高，以及電子技術的不斷發(fā)展，變速調(diào)節(jié)已經(jīng)成為當今泵組工況調(diào)節(jié)的主流和發(fā)展方向，這其中變頻調(diào)速更是主流中的主流。

2  問題分析

    勝利石油管理局勝利發(fā)電廠（以下簡稱為勝利發(fā)電廠）一期兩臺220MW機組低壓加熱器疏水泵系統(tǒng)使用兩臺150NW-78×2型離心泵，配用電機型號Y250-2，額定電壓380V、額定電流103A、額定功率55kW、額定轉(zhuǎn)速2970r/min，采用出口調(diào)整門控制#7低壓加熱器疏水水位，系統(tǒng)簡圖如圖1所示。按照設計要求，機組負荷在 100MW以上時，低壓加熱器疏水采用逐級自流和低加疏水泵聯(lián)合運行方式，以避免低加疏水導入凝汽器產(chǎn)生冷源損失，提高循環(huán)熱效率和真空度，從而提高機組運行的經(jīng)濟性。低加疏水泵采用的是定速泵，只能通過疏水調(diào)節(jié)門來控制低加水位。在實際運行中發(fā)現(xiàn)疏水調(diào)節(jié)門的開度一般在40%～60%之間變化，最大流量時也只有70%，節(jié)流損失很大；同時，由于疏水管道振動非常大，使疏水調(diào)整門經(jīng)常產(chǎn)生故障，水位自動不能投入；由于調(diào)節(jié)門特性差，運行中致使低加水位產(chǎn)生大幅波動，使得#7低加疏水泵經(jīng)常工作在汽液混合區(qū)，產(chǎn)生汽蝕，對泵體造成很大的損壞。調(diào)節(jié)門故障或疏水泵損壞都將停止低加系統(tǒng)的正常疏水，只能將疏水直接導入凝汽器，增加冷源損失，使機組經(jīng)濟性下降。

3  節(jié)流調(diào)節(jié)同變頻調(diào)節(jié)耗能分析

    根據(jù)水泵相似定律，水泵的轉(zhuǎn)速在80%～100%范圍變化時，泵體內(nèi)的水流速與轉(zhuǎn)速成正比，流量與轉(zhuǎn)速比成正比，揚程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比，即：
    Q = Q₀（n / n₀）                                 (1)
    H = H₀（n / n₀）2                                (2)
    P = P₀（n / n₀）3                                 (3)
    式中：n0為額定轉(zhuǎn)速；Q0為額定轉(zhuǎn)速n0時的流量；H0為額定轉(zhuǎn)速n0時的揚程；P0為額定轉(zhuǎn)速n0時的軸功率；n為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速，Q 為n轉(zhuǎn)速時的流量；H為n轉(zhuǎn)速時的揚程；P為n轉(zhuǎn)速時的軸功率。
由式(3)可以看出，轉(zhuǎn)速降低到80%時，軸功率將下降到48.8%，節(jié)能效果十分明顯，而且轉(zhuǎn)速在80%～100%范圍變化時，泵的效率基本不變。

    圖2是水泵采用出口調(diào)整門進行節(jié)流控制和采用變頻控制前后系統(tǒng)運行工況示意圖，即H-Q圖。圖中：曲線A、B、C分別是水泵轉(zhuǎn)速為n0（額定）、n1、n2時的特性曲線，其中n0>n1>n2；曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別是調(diào)門開度為100%、70%、40%時的管線的特性曲線。1點是額定工況下水泵的工作點，即額定轉(zhuǎn)速時的最佳工作點。采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的最佳工作點只有一個點，即1點，當工況變化流量由Q0減小到Q1、Q2時，隨著閥門開度的減小，水泵工作點將沿著A曲線移動到遠離最佳工作點的2、3點，在這一過程中流量減小的同時，水泵揚程反而升高，使得泵組吸收的電功率減少不多，但此時泵組的有效功下降卻很快，使得泵組的效率快速下降；采用變頻控制，當工況變化流量減小到Q1、Q2時，隨著水泵轉(zhuǎn)速從n0降低n1、n2，水泵工作點將沿著Ⅰ曲線移動到4、5點，流量減小的同時，水泵揚程也減小，泵組吸收的電功率隨有效功的減少同步減少，維持泵組的效率基本不變。曲線Ⅰ即是不同轉(zhuǎn)速下泵組最佳工作點的軌跡；2、4點之間，3、5點之間水泵的揚程差ΔH=H2－H4（或ΔH=H3－H5），既是節(jié)流調(diào)節(jié)時閥門上白白消耗掉的能量，也是變頻控制可以節(jié)約的能量。
    綜上所述，對勝利發(fā)電廠低加系統(tǒng)疏水水位控制實施變頻改造勢在必行。

4  改造實施及效果

    勝利發(fā)電廠于2003年9月#2機組大修期間，對#2機組兩臺額定電壓380V、額定功率55kW 的#7低加疏水泵，使用羅克韋爾自動化公司的1336F-B100-AA變頻器，進行了成功的變頻改造，取消了疏水調(diào)整門，簡化了系統(tǒng)，此次改造投資為20萬元。經(jīng)過一年半的運行，取得了十分良好的效果。
   
    (1)  經(jīng)濟效果顯著
    ?  節(jié)省電能。改造前疏水泵每月（25天）耗電量為29538kWh，改造后耗電量為24870kWh，月節(jié)電量4668kWh，月節(jié)電費0.45×4668=2100.6元；
    ?  節(jié)約維護費用。改造后取消了疏水調(diào)整門，節(jié)約了相應的修理費。調(diào)節(jié)品質(zhì)提高后，水位穩(wěn)定，泵的工作介質(zhì)只有水，避免汽蝕現(xiàn)象，延長了泵體的維護周期及使用壽命。每月可減少調(diào)門及水泵修理費1000元；
    ?  減少冷源損失。變頻改造后，低加疏水泵運行可靠，再未出現(xiàn)過因疏水系統(tǒng)故障而將低加疏水直接導入凝汽器的情況，減小冷源損失，提高了循環(huán)熱效率和真空度，從而提高機組運行的經(jīng)濟性；另外，由于變頻系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)異，調(diào)節(jié)范圍廣，低流量時仍能保證很高的效率，在機組低負荷時就可開啟#7低加疏水泵進行正常方式疏水，進一步減小冷源損失，提高了機組的效率，降低發(fā)電煤耗。此項每月可降低成本10000元。
    綜合以上三項，每月可節(jié)約費用13100.6元，15.3個月即可收回投資成本。
    (2)  提高功率因數(shù)。
    可將電動機電源側(cè)的功率因數(shù)從0.85提高到0.94，從而節(jié)省了無功功率。
    (3)  實現(xiàn)了電動機的軟啟動。
    電動機的啟動電流從以前的5～7倍額定電流降到了現(xiàn)在的額定值以下，減小了對電源、控制回路的沖擊和疏水泵的機械沖擊，進而延長運轉(zhuǎn)設備的維護、檢修周期。
    (4)  延長電機壽命。
    有效降低了電機的轉(zhuǎn)速，減小了運行電流，減小電機發(fā)熱量及溫升，延長使用壽命。
    (5)  降低勞動強度。
    水位自動投入可靠，減少了運行人員的監(jiān)視及操作量。
    勝利發(fā)電廠#2機組低壓加熱器疏水泵經(jīng)過變頻改造后，提高了疏水泵組的效率，降低了疏水泵的耗電量；增加了疏水泵運行的時間，減少了冷源損失，降低了煤耗；避免汽蝕現(xiàn)象，延長了泵體的使用壽命，改造獲得了圓滿的成功。2005年，勝利發(fā)電廠將利用#1機組大修期間，完成#1機組低壓加熱器疏水系統(tǒng)變頻改造。
    對水泵系統(tǒng)進行變頻技術改造，不僅節(jié)約了日益緊缺的電能，同時也可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，此項成果對國內(nèi)類似水泵、風機系統(tǒng)的改造具有很高的參考價值。