高壓循環水系統的變頻控制優化

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

循環水冷卻系統是現代大工業降溫系統工程中最為常用的冷卻系統，并作為工業的基礎設施而存在。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中占據較大的比重。公司高壓循環冷卻水系統在正常生產時，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 現有高壓循環水系統運行情況

公司高壓循環水系統主要承擔電弧爐、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。所以該高壓循環水冷卻系統安全、可靠運行尤為重要。該高壓循環水系統采用的水泵為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，管網壓力為0.7 MPa（大于需求值0.5 MPa），對整個管網運行造成隱患，若啟動1 臺水泵運行時，系統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）通過人為現場巡視對其進行記錄和監控，造成人力資源的浪費。

（4）運行記錄數據不便于保存和查詢。

3 系統變頻改造方案

采用變頻器直接控制水泵負載是一種很科學的控制方式，利用變頻器內置PID 調節軟件，直接調節電動機的轉速，保持恒定的水壓，從而滿足系統要求的壓力。由于變頻器可實現電機的軟停、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，系統的安全可靠性和設備使用率得到了提高，節能效果十分明顯。

圖1 系統控制原理

現將系統改造為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，這樣既能滿足系統壓力要求，又能滿足安全可靠運行。

在主管網上安裝電磁流量計、水溫計、壓力傳感器及電機上安裝溫度傳感器，將各傳感器數據接入PLC 模塊輸入端，通過在PLC 中控制模塊中編寫控制程序，將相關程序導入變頻器，在變頻中設置相關參數來實現系統變頻控制，并通過數據總線將相應數據傳輸到后臺控制軟件，從而實現系統的就地和遠程控制，并將運行數據生成數據報表輸出。對整個系統的運行分析提供有效數據。

4 系統運行情況

通過變頻改造后的高壓循環水系統于2015 年1 月4 日投運，通過近五年的運行，整個系統運行狀態良好，無波動或異常現象。能夠準確的按照在線設置來調節管網水壓，實現了高壓循環水系統的恒壓供水，能夠保證系統的安全可靠運行，恒壓供水系統工況如圖2 所示。

5 實現的功能及經濟效益

（1）實現了高壓循環水系統的遠程操作及動態實時監控。

圖2 恒壓供水系統工況

（2）實現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（根據現場運行可有效降低能耗約20%每年按照300 d 運行，可節約22 萬度電，約14.96 萬元）。