工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)設(shè)計(jì)

彭朝華，邵永仁

（浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司 ，浙江 杭州 311600）

化工企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排通常設(shè)置工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)。本公司某生產(chǎn)基地投資新建了一套總處理能力為2000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置的低壓電機(jī)功率為132 kW，如何合理設(shè)計(jì)一套循環(huán)水泵電機(jī)及冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)使裝置達(dá)到節(jié)能、可靠運(yùn)行且節(jié)約投資，成為擺在我們電氣設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)急待解決的課題。

1 設(shè)計(jì)方案確定

1.1 工藝流程介紹

來(lái)自各車間的工藝、設(shè)備產(chǎn)生的冷卻水通過(guò)管道送到循環(huán)水池頂部，經(jīng)冷卻塔冷卻后，再通過(guò)水泵將降溫后的循環(huán)上水再次送入各車間。冷卻水在進(jìn)循環(huán)水池之前的溫度為43℃，通過(guò)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)后出水溫度可以降至33℃。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)流程詳見(jiàn)圖1。

1.2 設(shè)備選型配備

循環(huán)水池的設(shè)計(jì)處理能力為2000 m3/h，采用2臺(tái)132 KW的水泵，能夠滿足滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)要求?？紤]設(shè)備檢修需要，設(shè)置一臺(tái)循環(huán)水備用泵，即循環(huán)水泵采用2臺(tái)常開(kāi)1臺(tái)備用的配備模式；循環(huán)水池內(nèi)有二臺(tái)冷卻塔，冷卻塔頂部安裝了2臺(tái)37 KW風(fēng)機(jī)，因風(fēng)機(jī)故障率低，不需要考慮備用；另外，還配備1臺(tái)7.5 KW的污水泵，用于循環(huán)水系統(tǒng)排污。

1.3 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)工藝計(jì)算，滿足冷卻水量及熱交換的要求，3臺(tái)循環(huán)水泵的功率為132 KW，2臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率為37 KW。循環(huán)水泵及風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率大，采用直接啟動(dòng)對(duì)企業(yè)電網(wǎng)沖擊大，因此必須降低電機(jī)啟動(dòng)電壓，采用降壓?jiǎn)?dòng)。而污水泵的功率低，可以采用直接啟動(dòng)方式。

降壓電機(jī)啟動(dòng)電壓的方式很多，目前方便、快捷、安全的電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備主要采用軟啟動(dòng)器或者變頻器啟動(dòng)，兩種啟動(dòng)方式都能減低電機(jī)啟動(dòng)電壓，其主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

（1）變頻器啟動(dòng)是用于需要調(diào)速的地方，不但可以降低電機(jī)啟動(dòng)電壓，而且還可以通過(guò)改變電源頻率調(diào)整電機(jī)輸出；而軟啟動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，只起到降低電機(jī)啟動(dòng)電壓的作用。

（2）變頻器啟動(dòng)功能多，具備所有軟起動(dòng)功能，可以替代軟啟動(dòng)器，但軟啟動(dòng)器不能替代變頻器的調(diào)速功能。

（3）變頻器比軟起動(dòng)器價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多，因此后期維修成本高，維護(hù)費(fèi)用高。

（4）變頻器的組成電氣元器件敏感度高，對(duì)使用環(huán)境要求苛刻，而軟啟動(dòng)器相比較對(duì)環(huán)境的要求沒(méi)那么高。

根據(jù)工藝控制要求，我們對(duì)3臺(tái)循環(huán)水泵的控制初步提出了以下3種方案：

方案一：3臺(tái)循環(huán)水泵均采用變頻器；

方案二：3臺(tái)循環(huán)水泵均采用軟啟動(dòng)器；

方案三：2臺(tái)循環(huán)水泵采用軟啟動(dòng)器，1臺(tái)采用變頻器。

1.4 進(jìn)行比較，確定最終方案

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一年內(nèi)各車間大部分時(shí)間都滿負(fù)荷運(yùn)行，但每年也安排有固定的檢修、維護(hù)周期，同時(shí)各車間的化工產(chǎn)品有季節(jié)性生產(chǎn)波動(dòng)的需求，會(huì)出現(xiàn)定期停產(chǎn)檢修或者根據(jù)需求季節(jié)性限產(chǎn)等，使循環(huán)水用量也隨之波動(dòng)，這就要求電機(jī)的功率根據(jù)需要適時(shí)調(diào)節(jié)。

方案二只能降低電機(jī)啟動(dòng)電壓，但是不能根據(jù)生產(chǎn)中冷卻水量調(diào)節(jié)循環(huán)水泵功率，不適合；方案一和方案三循環(huán)水泵的功率可以全部調(diào)節(jié)或部分調(diào)節(jié)，但是方案一的一次性投入高，且根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，循環(huán)水量最小量時(shí)，也至少需要1臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，另1臺(tái)用于調(diào)節(jié)，不需要2臺(tái)循環(huán)水泵都有調(diào)節(jié)功能，因此我們選用最優(yōu)的方案三，即1臺(tái)常開(kāi)、1臺(tái)備用的循環(huán)水泵采用軟啟動(dòng)器，另1臺(tái)采用變頻器 ，這樣既滿足工藝參數(shù)要求，又可節(jié)省設(shè)備投資。

2 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 控制原理

確定2臺(tái)互為備用的循環(huán)水泵采用軟啟動(dòng)器，1臺(tái)采用變頻器的方案后，我們著手設(shè)計(jì)工作。為了節(jié)省投資，1臺(tái)采用變頻器啟動(dòng)的水泵配備1臺(tái)變頻器，而2臺(tái)互為備用的循環(huán)水泵采用一拖二的軟啟動(dòng)模式，同時(shí)風(fēng)機(jī)也采用一拖二的軟啟動(dòng)模式?？刂圃韴D見(jiàn)圖2、圖3。

2.2 水循環(huán)系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)方式

這個(gè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)方式為：1臺(tái)循環(huán)水泵采用變頻器啟動(dòng)控制，2臺(tái)循環(huán)水泵采用軟啟動(dòng)器一拖二啟動(dòng)控制，2臺(tái)風(fēng)機(jī)也采用軟啟動(dòng)器一拖二啟動(dòng)控制，1臺(tái)污水泵采用接觸器直接啟動(dòng)方式，詳見(jiàn)控制系統(tǒng)圖4。

3 實(shí)施效果

在項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，我們選用了品質(zhì)較好的艾默生EV2000系列變頻器及西普STR系列軟啟動(dòng)器。目前該項(xiàng)目已經(jīng)投入使用。在試運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式對(duì)企業(yè)電網(wǎng)無(wú)沖擊影響，由于采用了變頻器，我們能夠根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷情況調(diào)節(jié)循環(huán)水泵進(jìn)水量，適應(yīng)不同季節(jié)、不同時(shí)期循環(huán)水量的調(diào)節(jié)要求，取得了非常好的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

化工裝置大功率電機(jī)應(yīng)用過(guò)程中除了考慮減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊外，越來(lái)越關(guān)注電機(jī)節(jié)能、可調(diào)速等方面，因此選擇合適的電機(jī)啟動(dòng)、控制方式及合理設(shè)計(jì)配置方案更值得我們繼續(xù)研究。