换热站定压补水系统节能改造效果分析

【摘 要】目前常用的换热站定压补水系统有以下两种：一是采用回水总管上电接点压力表通过高、低限输出信号传递给配电柜来控制工频补水泵的启停，另一种是通过回水总管上的压力变送器传递电信号控制补水泵的变频器，也就是：压力越高，变频器输出频率越低。前两年我站聘请中国自动化控制公司通过技术改造将部分采用第一种控制方式补水的站点改成了第二种方式变频补水系统，改造后补水泵的运行功率、耗电量均有所降低。为了进一步节能，我查阅大量技术资料和以往的运行数据，根据每个换热站的实际补水量和回水压力定出了新的补水泵型号，在第二种方式的基础上形成了第三种方式，就是将原来的大功率多级补水泵改为新选定的小功率多级补水泵，电路部分不用改，只是接线端子稍作改变。改造后起到了良好的节能效果，文章中对以上三种定压补水方式的效率、功率、电能耗量进行了比较分析，并配有相关图表和理论推导公式。

【关键词】定压补水系统；变频；节能；效率；功率

绪论

供暖系统中水泵的电能消耗是各项能耗中的第二大能源消耗，仅次于热能消耗。以首都机场供暖系统为例，建筑供暖面积近五百万平米，冬季耗电量在600万千瓦时左右。随着变频器性价比的不断提高，供暖系统中循环水泵安装变频器在供暖行业中已经得到广泛的应用。补水泵应用变频技术节电也在不断的发展完善中。为了实现进一步节能，笔者根据供暖运行的实际情况提出在补水泵变频改造的基础上更换小功率补水泵的方法使补水泵变频节电效果更好。

1 常见的供暖补水系统定压方式

最常见的补水泵定压方式是：定压补水罐定压被广泛采用。定压补水罐定压方式是通过定压补水罐下方的电接点压力表提供水泵启停的信号指示，通过配电柜控制水泵的启、停，上述这种定压方式被我们称为第一种定压方式。

经过变频改造，采用压力变送器来测量系统回水压力，通过PLC控制器来控制补水泵变频器的输出，实现补水泵的变频控制，这种方式比较节电被我们称为第二种定压方式。

在补水泵变频控制的基础上根据实际供暖系统的补水量和回水压力重新选定补水泵，将原来的大功率多级补水泵改为小功率多级补水泵，并进行管路和电路安装，这种方式节电效果更好，被我们成为第三种定压方式，改造前大功率7.5KW补水泵如图1，改造后小功率2.2KW补水泵如图2。

2 改造方法介绍

以首都机场二号换热站为例，2000年北京一家甲级资质设计院设计的补水系统采用2台7.5KW多级补水水泵由定压补水罐下边的电接点压力表作为信号源，配电柜根据信号源提供的高低点信号控制补水泵启、停，进行系统补水。补水泵基本上是间歇运行。2006年为实现节电目标由中自控公司改造为第二种方式，安装了压力变送器，将原来的配电柜拆除，改为变频补水配电柜根据压力信号调整水泵的启停和运转频率，起到了一定的节电效果。2012年我根据多年运行经验提出可根据前一年冬季补水泵实际小时补水量的1.5倍确定新的小功率补水泵的流量，根据供暖系统实际回水压力的1.5倍确定新的小功率补水泵的扬程，根据以上参数选出的补水泵功率只有2.2KW，采用的是威海芬德双轮泵业ADL10-6不锈钢多级补水泵，完成改造后节电效果明显，水泵噪音明显降低，由于水泵运行工况非常稳定，消除了频繁启动，机械密封磨损明显降低。采用变频技术结合水泵重新选型形成了第三种定压补水方式。

3 三种方式耗电功率及电能的理论分析

三种定压方式比较起来，第一种定压方式水泵是间歇运行的，第二种和第三种方式水泵基本上是连续运行的，只不过运转频率有高低起伏的变化。

由于第一种定压方式水泵是间歇运行的t1 Q2> Q3，水泵扬程H1>H2>H3，由于第三种是根据实际运行工况选型，效率最高，第二种方式水泵变频后效率应低于第一种的效率，水泵效率η3>η1>η2。理论上三种方式耗用电能W1>W2>W3。

4 三种方式能耗量的实验测试

为了进一步验证三种补水方式的实际流量、扬程情况及功率电能消耗情况，需要对补水泵的实际工作参数状态进行测试。

4.1 测试设备

罗斯蒙特3015压力变送器，索尼克便携式超声波流量计，胜利VC9000钳形电流表、威胜DSSD31三相电能表。

4.2 测试结果

4.2.1 三种补水方式水泵工作时的累计补水量比较

三种补水方式中第一种补水量要比后两种大，原因是补水泵补到系统限制高点以后才能停泵，停泵后止回阀并不能完全关闭，还要有一定的泄漏，因此第一种方式往系统中的累计补水量比后两种要多一些。不同时刻三种补水方式瞬时流量变化，如图3所示。

4.2.2 三种补水方式水泵工作时的扬程比较

三种补水方式中第一种补水泵工作时扬程要比后两种明显高，方式一当系统压力低于下限时补水泵立即启动，开始时扬程略低于额定扬程，当系统压力达到高点以后才能停泵，后两种方式水泵工作时扬程基本稳定在定压值附近。三种方式补水泵在整个运行过程中实现的系统定压效果是不同的。不同时刻三种补水方式扬程变化，如图4所示。

5 结论

将电接点压力表控制的补水系统改造成变频控制的补水系统能够起到一定的节能效果，如果在这个基础上更换小功率补水泵的方法使补水泵变频节电效果更好。

虽然将大功率补水泵更换为小功率补水泵后，实际的运转频率比原来高，补水泵的流量、扬程没有变化，但是轴功率、耗用电能降低了。主要是因为水泵在高效段运行的电能转化为流体有效能量的效率增加了，摩擦生热、涡流减少。

更换为小功率补水泵能在接近工频高负荷运行，扬程、流量波动小，减小了水泵机械密封的磨损，延长了水泵的工作寿命。

参考文献：

[1]周谟仁，《流体力学泵与风机》.

[2]贺平，孙刚.《供热工程》.

[3]李苏泷，朱孟标，张国强，《水泵变频调速方案计算机辅助论证》.

[4]张燕宾，《SPWM变频调速应用技术》.