高压变频器在高压变频高剪切泵上的应用
1 高压变频高剪切泵运行概况
兰州石化公司动力厂第三循环水场设计供水能力为7500m3／h。担负着7套炼化装置循环冷却水的供应。流程是从炼化装置返回的压力回水经DN900线回到循环水场，沿冷却塔DN800上水立管上塔，经过配水和淋水装置。进行通风冷却。冷却后的水汇人塔下集水池。再通过联通管流人冷水池。高压变频高剪切泵房设置冷水泵三台。冷水泵从冷水池吸取冷水后加压外供，沿DN900管线双路进入循环水管网，供生产装置冷却使用。按照生产要求供水压力一般保持在O．4一O．7MPa之间，但在实际运行中发现，由于各炼化装置开停工时间不一致。造成循环冷却水供水压力忽高忽低，用水量大时冷水泵效率较高，而在开工装置少时，开两台工频泵运行时压力过高，出口阀门处于半开状态时装置能耗居高不下。导致冷水泵憋压甚至引起机泵振动和发热。使供水能耗升高同时容易使供水设备损坏。究其原因是三台冷水泵性能相同、供水能力相等，见表1。在用水量小时没有调节手段。在生产用水量不是很大的时候．开一台冷水泵水压偏低不能满足生产要求。开两台冷水泵又造成“大马拉小车”现象。因此为了适应炼化生产的变化，降低供水系统能耗，改变供水系统的被动局面，采用高压变频器根据水压变化控制高压变频高剪切泵转速以达到经济合理运行的目的。
第三循环水场装置主要设备为双吸式离心泵。
2 高压变频高剪切泵变频器的选用和方案的可行性
2．1 变频器的选用
由于我厂首次采用高压变频器，经过调研选用了美国罗宾康公司（ASIRobicon）的产品，该公司生产的完美无谐波系列（Perfect-Harmony）变频器采用世界上由罗宾康首创的功率单元直接串联的方式实现直接高、中压输出。具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv／dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，不必增加电机的绝缘强度，适用于国产的新、旧普通异步电机，可靠性高。
变频原理为异步电动机用变频器调速时的原理是通过整流将交流变成直流，经过平滑滤波，再经过逆变回路，把直流变成不同频率的交流。使电动机获得无级调速所需要的电压、电流、频率。
2．2 方案实施的可行性
第三循环水场高压变频高剪切泵房并列设置冷水泵3台。其供水能力、性能相同。选择一台泵安装高压变频器既可实现在高、低水量时不同搭配。用水量大时可运行两台工频冷水泵，用水量较小时可开一台工频冷水泵、另开一台变频冷水泵，根据供水管网压力变化情况，可随时调节电动机转速，将供水压力、流量控制在较为经济的状态。从而提高机泵运行的灵活性，同时节约机泵的电耗。为便于与工频冷水泵搭配，我们选择了位于中间的2冷水泵安装一台1350kVA的高压变频装置。
3 变频冷水泵与工频冷水泵节能情况对比
设备安装完成后，我们在开机过程中对变频泵与工频泵的匹配进行了反复调试。由于采用一台变频冷水泵供水的机会很少。大多数情况下是与工频冷水泵联合供水，在试运行过程中发现由于先期运转的工频冷水泵已使母管带压。变频控制的机泵在频率较低时无法启动送水。根据现场实际经过反复试验，设定变频冷水泵电机启动频率为85％，然后根据管网压力调节变频器，同时配合开启阀门。解决了同时开工频冷水泵和变频冷水泵时，两泵出El压力不平衡问题，提高了系统的灵活性和安全性，并降低了电损耗，见表2。
本栏数据为2＃泵将变频器调至最低限保供水能力时测量数据
有效功率是水泵传给水的净功率。也就是水泵在单位时间内，给多少重量的水提升了多少高度。水泵效率是有效功率与轴功率之比。效率愈高。表示水泵本身损失的功率愈少。从表2数据中可以看出，2泵在开工频冷水泵时出口压力0．53MPa、水泵有效功率616．37kW。电机有用功率1311kW、功率因数cos<P0．96、机泵效率47．02％。在变频状态下冷水泵出口压力调至供水压力下限0．43MPa、水泵有效功率486．44kW、电机有用功率858kW、功率因数cosq）0．97、机泵效率56．69％。数据说明变频状态下变频泵在出El压力降低时。电机的有用功率有所下降，水泵的有效功率也随之下降。但电机电流降低了约40％，同时功率因数和机泵效率却有所上升，表明在满足供水压力、流量的前提下。使用变频泵和工频泵并联运行，可比两台工频泵并联运行节能。见表3。
从表3两台泵并联供水实际数据中可以清楚看到在工频状态下。泵出El压力都超出了正常运行压力，已致引起机泵振动和发热。而在 泵变频状态下与3＃工频泵并联运行时，泵出El压力有所降低。2变频泵电机电流则大幅下降。因此可以得出以下结论：
（1）安装变频器的水泵在用水量发生变化时，可随压力变化调整机泵功率，降低供水设备电耗。
（2）在功率因数对比方面，安装变频器水泵比未安装变频器水泵功率因数高。说明安装变频器以后设备电损耗降低。
（3）变频水泵在满足装置用水量的工况下。与满负荷运转时相比电机输出有用功率下降。机泵效率提高。按测定数据计算供水压力由0．53MPa降为0．43MPa时，机泵效率提高20％，电机输出有用功率降低34．6％。
（4）由于变频器的使用，解决了开一台不够，开两台憋压的问题，提高了系统运行的灵活性，同时也提高了系统的安全性。
（5）经济效益计算：水泵变频运行时与满负荷运行比较可节电435kW／h。按变频水泵每年运行8个月（5760h），可节电250万kW。以电价0．45元/kW计。可节约电费112．5万元。
4 结语
4．1由于高压变频高剪切泵供水方式原设计是按最大供水量设计的。没有考虑到炼化装置开停工不同步造成的水量变化情况，致使高压变频高剪切泵操作调节困难。压力过高易发生供水设备和管网故障。影响安全生产。采用变频技术可有效解决操作难点。
4．2 应用变频技术在供水生产中可实现高低搭配。消除大马拉小车现象，节能效果显著。
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