反滲透系統(tǒng)高壓泵變頻控制方案探討

周根來

(華電水務(wù)工程有限公司，北京 100160)

1 概 述

火電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)由原水預(yù)處理(過濾器)、超濾反滲透、電除鹽(或離子交換)系統(tǒng)組成。超濾反滲透系統(tǒng)是鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中必不可少的子系統(tǒng)。超濾，主要用于分離蛋白質(zhì)、膠體、細(xì)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(dòng)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(jìn)入反滲透膜前，需要設(shè)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(chǎn)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(chǎn)水箱。

圖1 超濾反滲透膜水處理示意

2 初期設(shè)計(jì)方案

20世紀(jì)90年代初，電廠從歐美引進(jìn)超濾反滲透工藝，為了防止反滲透系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)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(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，控制高壓泵緩慢地提高轉(zhuǎn)速，使電流緩慢升高，不會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊。但當(dāng)時(shí)變頻器采用原裝進(jìn)口，投資成本較高，設(shè)計(jì)人員綜合考慮上述因素，采用電動(dòng)慢開門代替變頻器。電動(dòng)慢開門應(yīng)為全開或全閉閥門，其全開或全閉的時(shí)間是可以調(diào)節(jié)的，但一般設(shè)定為45～60 s。打開電動(dòng)慢開門，即緩慢向系統(tǒng)的反滲透膜上加載壓力。電動(dòng)慢開門只能減緩高壓水源對(duì)膜的直接沖擊，并不能調(diào)節(jié)高壓泵出口的水源壓力。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

近幾年，進(jìn)口品牌變頻器價(jià)格已大幅下降，針對(duì)此工藝，設(shè)計(jì)人員又采用了高壓泵配變頻器的思路，但仍保留了電動(dòng)慢開門。反滲透系統(tǒng)高壓泵采用變頻調(diào)速，通過降低轉(zhuǎn)速減小泵出口壓力，以防止反滲透膜受到?jīng)_擊，并能調(diào)節(jié)泵出口的壓力。從上述可見，高壓泵變頻調(diào)節(jié)水壓的功能比電動(dòng)慢開門更可靠先進(jìn)。

變頻器通過改變電源頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)試人員設(shè)置變頻器內(nèi)部常規(guī)參數(shù)(例如電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率及輸入輸出頻率等)，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而反滲透高壓泵所配變頻器不僅要降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)輸出頻率能上升到要求的固定的頻率。實(shí)現(xiàn)此過程平穩(wěn)運(yùn)行，調(diào)試人員需要不斷調(diào)整變頻器內(nèi)部參數(shù)。在此，筆者先介紹2個(gè)重要的參數(shù)調(diào)整。

加速時(shí)間是輸出頻率從0上升到最大頻率所需的時(shí)間；減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需的時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加、減速時(shí)間。高壓泵啟動(dòng)時(shí)為防止反滲透膜壓力過大受到?jīng)_擊，需要設(shè)定啟動(dòng)的加速時(shí)間，設(shè)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(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加速時(shí)間，通過啟、停電機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警；然后將加速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可能確定出最佳加速時(shí)間。

頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。筆者在調(diào)試反滲透高壓泵時(shí)，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(dòng)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(shè)計(jì)人員在了解反滲透膜能承受的進(jìn)水壓力，研究高壓泵的性能曲線圖及電機(jī)能啟動(dòng)的最低頻率的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整加減速時(shí)間、輸出頻率限制、頻率輸入信號(hào)偏置等內(nèi)部參數(shù)，能滿足高壓泵低頻啟動(dòng)，限時(shí)達(dá)到最大頻率。如果變頻器不僅能降低轉(zhuǎn)速，又能在一定時(shí)間內(nèi)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(dòng)慢開門。

4 實(shí)際案例

以華電儀征鍋爐補(bǔ)給水超濾反滲透系統(tǒng)為例，根據(jù)高壓泵的揚(yáng)程、流量、電機(jī)最低的啟動(dòng)頻率，計(jì)算最高啟動(dòng)頻率和加速時(shí)間。

該工程反滲透配套的高壓泵的廠家為濱特爾，型號(hào)為125-100-315DS，揚(yáng)程為1.8 MPa，流量為160 m3/h，最低啟動(dòng)的頻率為15 Hz；反滲透膜采用陶氏BW30FR-400/34i，要求進(jìn)水壓力不大于0.3 MPa，每秒鐘升壓為0.07 MPa。調(diào)試人員根據(jù)上述參數(shù)，提出了高壓泵電機(jī)啟動(dòng)的合適頻率為20 Hz。從而確定泵的最大頻率為45 Hz，加速時(shí)間定位40 s，計(jì)算出每秒鐘升壓為0.04 MPa，均能滿足工藝運(yùn)行要求。

高壓泵配套的變頻器廠家為ABB，型號(hào)為ACS510-01-246A-4，在啟動(dòng)電機(jī)前，需要調(diào)整設(shè)置的內(nèi)部參數(shù)如下： 設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為2 900 r/min；輸出頻率為45 Hz；電機(jī)功率為132 kW；選擇加、減速曲線，選擇默認(rèn)線性曲線；設(shè)定加速時(shí)間為40 s，減速時(shí)間為40 s。

此項(xiàng)目超濾反滲透已經(jīng)正常投用2年多，一直平穩(wěn)運(yùn)行，從而建議高壓泵采用變頻控制，取消其后面的電動(dòng)慢開門。

5 結(jié)束語

華電水務(wù)工程有限公司承接的國內(nèi)外多個(gè)項(xiàng)目，反滲透高壓泵后不再設(shè)計(jì)電動(dòng)慢開門，設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)開關(guān)閥，高壓泵采用變頻控制(變頻器內(nèi)部參數(shù)出廠已設(shè)置)，正式投用的水處理工程已平穩(wěn)運(yùn)行了多年。這樣不僅能直接減少工程投資，且能減少泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)反滲透膜的沖擊，延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸會(huì)明.火電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)叢書(控制裝置及儀表)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 王兆宇.施耐德電氣變頻器原理及應(yīng)用[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009.

[3] 陳志和.電廠化學(xué)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京： 中國電力出版社，2006.

[4] 張彥生.ACS800變頻器在空冷器上的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49(01)： 66-68.

[5] 鄭永濤，潘毅，李志猛.變頻調(diào)試技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2010，46(03)： 74-76.

[6] 劉秀琴，張少鵬，張道光.離心泵變頻調(diào)速與調(diào)節(jié)閥組合控制設(shè)計(jì)方案探討[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49(01)： 11-14.

[7] 聶建英，于洋，羅雄麟.離心泵變頻控制對(duì)流量控制性能的影響分析[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013，40(04)： 485-489.

[8] 王蒙軍.基于PLC的純水高壓泵串級(jí)變頻控制[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013，40(05)： 646-647，685.