变频技术在盐矿采卤泵节能改造中的应用

摘 要：通过采用高压变频器在盐矿采卤系统的技术改造，提高采卤系统自动控制水平，达到节能降耗、提质增效的目标，降低生产成本，提高效益。

关键词：采卤泵；高压变频器；节能

一、概述

交流电动机变频调速是在现代微电子技术基础上发展起来的新技术。它的特点是调速平滑、调速范围宽、效率高、特性好、结构简单、机械特性硬、保护功能齐全，运行平稳安全可靠，在生产过程中能获得最佳速度参数，是理想的调速方式。

目前，变频调速技术也是国家工业生产重点推广的节电新技术。通过配置合理的变频器使电机的运行与工艺变化结合，达到良好的匹配，能达到很好的节能收益。应用实践证明，交流电机变频调速一般能节电 30%左右。河南永银化工实业有限公司盐矿采卤泵为了达到节能运行的要求，对该泵进行了变频改造，改造后设备运行稳定，节能效果显著。

二、采卤泵改造前运行状况

永银化工现有采卤泵3台，电机型号YKK-450-2（电机参数：Pe=450KW，Ie=28.6A，COS?=0.86）。运行时依靠阀门调节系统的流量及压力（阀门开度一般为30%―35%），兼顾电机负荷率（一般控制在额定电流Ie的80%--85%左右）。电机启动、运行方式为真空断路器控制，水电阻降压启动，全压运行。

现有系统存在的问题：流量、压力靠阀门控制，劳动强度大，精确度低，系统的稳定性差。阀前、阀后压差大，流量、扬程等不能按生产需要控制在最佳结合点处。阀门开度小，造成扬程高，造成部分电能的白白浪费。在这种情况下，对采卤泵进行高压变频器拖动改造，从而优化系统工况、提高电机功效、节约电能，是非常有必要的。

三、采卤泵变频改造实施方案

具体措施是使用该公司原热电厂风机闲置的630KW高压变频器1套及10KV高压电缆，安装在盐矿配电室内，实现对单台采卤泵进行变频开环控制，依据工况进行0―50Hz调节频率，达到采卤泵流量、压力等调节，实现节能目的。

系统改造时，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频/变频互锁切换。

改造后，采卤系统的变频器与电机、水泵可以共同组合成为一体，变频器既是动力源，又是采卤系统的压力、流量的调节机构，系统工艺指标稳定。通过外部控制电路，使采卤泵起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠，现场生产运行控制简便，节约大量电能。

四、节能效果计算

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量Q与转速n的一次方成正比，压力H与转速n的平方成正比，轴功率P与转速n的立方成正比。

由上面的公式可知，调节水泵流量时可通过转速进行调节，此时电机输出功率与转速的立方成正比。

根据流体力学理论，水泵的流量Q，转速N，电机功率P之间的关系为 ：Q1/Q2=N1/N2 ；P1/P2=（N1/N2 ）3；q=Qb/Qed；Pb=nb3*Ped（其中：Qed为水泵额定流量，Ped 为电机额定功率，Qb为变化流量Pb为电机变化功率）电机功率计算式为 P=√3UICOS?可以得出：

改造前电动机功率：P=√3UICOS?=1.732*10*22.3* 0.86=332.2（KW）

改造后电动机功率：Pb=q*Ped= nb3*Ped =（22.3/28.6）3*450=213.6（KW）

考虑到机械效率η=0.9，则实际功耗：Psj=Pb/η=213.6/0.9=237.3（KW）

考虑变频器自身功耗约为电机额定功率的2.5%等因素，改造后每台综合功率为：

Pz=Psj+Ped *2.5%+6=237.3+11.3=248.3（KW）

改造后理论节电率：ρ=（P-Pz）/Pz*%=（332.2-248.3）/332.2*%=25.26%

考虑到液阻及变频器自身损耗等因素，取安全系数0.8，则实际节电率：

ρsj=0.8*ρ=0.8*25.26%=20.21%

实际节省功率：P= ρsjP=20.21%*332.2=67.13（KW）

按照电费单价0.6元/度，每天运行24小时，全年运行300天的工况计算。

每台年节约电费：67.13*24*300*0.6=290000（元）

五、改造后综合效益分析

1. 变频改造后的优越性

利用变频调速技术，很好地解决了采卤泵根据工况直接控制流量、压力、调节阀门开度大小而满足工况的要求，且变频改造后具有以下特点：1）不需要满负荷运行，改善用电负载的运行状况，达到优化设备运行、节约用电的目的，节电效果显著；2）具有软起功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命；3）启动电流小，相当于增加电网容量；4）根据工况调节各项参数精度准确；5）输出特性可满足采卤泵性能要求；6）及时保护电机和其他设备，保证设备可靠运行等。

2.工频/变频切换功能

采卤泵一旦故障会对整个采卤系统带来严重影响，因此改造后设置了工频/变频切换功能。系统在一般情况下运行在变频恒压状态，当变频器万一出现故障或例行检修时，可立即切换到工频运行，用原有水电阻降压启动系统启动采卤泵，从而保证卤水的连续性，整个系统的可靠性能很好地满足生产的要求。两套启动系统电气联锁，可防止误操作，确保系统的安全运行。

3.改善盐矿的用电状况。

采用变频启动后，消除了设备启动时对电网的冲击，提高了功率因数，系统工作电流大为减小，线路损耗也大为减少，