高壓循環(huán)水系統(tǒng)的變頻控制優(yōu)化

安文剛，李 飛

（西部超導材料科技股份有限公司，陜西西安 710018）

0 引言

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是現(xiàn)代大工業(yè)降溫系統(tǒng)工程中最為常用的冷卻系統(tǒng)，并作為工業(yè)的基礎設施而存在。正是因為它的基礎作用和廣闊的應用范圍，決定了它的能耗在工業(yè)中占據(jù)較大的比重。公司高壓循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，通常采用每日24 h 不間斷運行，然而安全可靠運行和降低能耗則尤為重要。

1 現(xiàn)有高壓循環(huán)水系統(tǒng)運行情況

公司高壓循環(huán)水系統(tǒng)主要承擔電弧爐、快鍛機、熱處理爐等設備的冷卻，由于上述設備功率較大，需要足夠的熱交換能力。所以該高壓循環(huán)水冷卻系統(tǒng)安全、可靠運行尤為重要。該高壓循環(huán)水系統(tǒng)采用的水泵為2 用1 備（單臺90 kW）的軟啟動方式運行。

2 存在問題

（1）若采用2 臺水泵同時工作，管網(wǎng)壓力為0.7 MPa（大于需求值0.5 MPa），對整個管網(wǎng)運行造成隱患，若啟動1 臺水泵運行時，系統(tǒng)壓力又不能滿足要求，導致設備熱交換不足從而因冷卻系統(tǒng)溫度過高而跳閘停止工作。

（2）2 臺同時滿負荷運行將造成大量的水資源及電能的浪費。

（3）通過人為現(xiàn)場巡視對其進行記錄和監(jiān)控，造成人力資源的浪費。

（4）運行記錄數(shù)據(jù)不便于保存和查詢。

3 系統(tǒng)變頻改造方案

采用變頻器直接控制水泵負載是一種很科學的控制方式，利用變頻器內(nèi)置PID 調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，保持恒定的水壓，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。由于變頻器可實現(xiàn)電機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，可減少電機故障率，延長使用壽命，同時也降低了能耗，設備運行工況得到了明顯改善，系統(tǒng)的安全可靠性和設備使用率得到了提高，節(jié)能效果十分明顯。

圖1 系統(tǒng)控制原理

現(xiàn)將系統(tǒng)改造為1 臺水泵軟啟動控制不變，1 臺水泵采用變頻器控制運行，另外1 臺變頻器控制和軟啟動控制可切換方式運行。系統(tǒng)控制原理圖如圖1 所示。在正常工作時采用1 臺水泵電機軟啟動控制方式工頻運行，另外1 臺采用變頻器控制變頻方式運行，這樣既能滿足系統(tǒng)壓力要求，又能滿足安全可靠運行。

在主管網(wǎng)上安裝電磁流量計、水溫計、壓力傳感器及電機上安裝溫度傳感器，將各傳感器數(shù)據(jù)接入PLC 模塊輸入端，通過在PLC 中控制模塊中編寫控制程序，將相關程序?qū)胱冾l器，在變頻中設置相關參數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)變頻控制，并通過數(shù)據(jù)總線將相應數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_控制軟件，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的就地和遠程控制，并將運行數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)報表輸出。對整個系統(tǒng)的運行分析提供有效數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)運行情況

通過變頻改造后的高壓循環(huán)水系統(tǒng)于2015 年1 月4 日投運，通過近五年的運行，整個系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，無波動或異常現(xiàn)象。能夠準確的按照在線設置來調(diào)節(jié)管網(wǎng)水壓，實現(xiàn)了高壓循環(huán)水系統(tǒng)的恒壓供水，能夠保證系統(tǒng)的安全可靠運行，恒壓供水系統(tǒng)工況如圖2 所示。

5 實現(xiàn)的功能及經(jīng)濟效益

（1）實現(xiàn)了高壓循環(huán)水系統(tǒng)的遠程操作及動態(tài)實時監(jiān)控。

圖2 恒壓供水系統(tǒng)工況

（2）實現(xiàn)了變頻器控制與軟啟動控制的相互切換功能，提高了設備運行的安全性和可靠性。

（3）采用雙變頻器控制或1 臺變頻器和1 臺軟啟動共同運行，可大幅降低運行成本（根據(jù)現(xiàn)場運行可有效降低能耗約20%每年按照300 d 運行，可節(jié)約22 萬度電，約14.96 萬元）。