冷却循环水系统水泵节能改造技术方案

姜堰市化肥有限责任公司

循环水系统

低压水泵节能改造

技术方案

xxxx新能源科技有限公司

2011年9月5日

目录

一、项目概况 (2)

1.1循环水系统概况 (2)

1.2水泵参数 (3)

1.3 系统组建原则 (3)

二、水泵节能改造方案 (4)

2.1水泵调速节电原理 (4)

2.2水泵调速控制技术 (5)

2.3节电率概算 (6)

2.4循环水监控系统 (7)

2.5水泵节能电气回路 (7)

2.6水泵节能监控结构示意 (8)

三、系统部件规格和功能 (8)

3.1PLC控制系统 (8)

3.1.1 控制器 (9)

3.1.2 I/O输入输出模块 (10)

3.2监控系统 (12)

3.2.1 硬件 (12)

3.2.2 软件 (13)

三、项目实施步骤 (14)

四、设备清单 (15)

五、附录 (16)

一、项目概况

姜堰市化肥有限责任公司是在原姜堰市化肥厂基础上于1999年5月重组投产的企业，由宜兴灵谷股份有限公司、姜堰市工业资产经营有限公司、省化肥公司三家合股投资兴建，为姜堰市重点工业企业。下设氮肥、热电两个分厂，厂区占地14.48万平方米，具有13万吨尿素、8万吨合成氨、12万KW电力的生产能力。公司组建后投入近亿元，对生产系统进行大规模技术改造，扩大化肥装置生产能力，优化化肥生产工艺，先后新建35t/h+1×3000kw和75t/h+1×12MW热电机组，综合利用资源，降低生产成本，实现滚动式发展。

1.1循环水系统概况

图1 循环水工艺流程图

姜堰市化肥有限责任公司的循环水系统中低压能耗设备主要有：

合成氨冷水泵4台：1台备用；冬季运行2台，其它季节运行3台。

热水泵5台：2台备用；冬季运行2台，其它季节运行3台。

按照冬季125天其它季节240天计算，低压部分能耗为电费价格按0.3元计算，则低压能耗费用约为107万元。

而目前姜堰市化肥有限责任公司循环水系统的所有水泵仍然由人工控制，且全年24小时满负荷运行，无法根据生产所需的实际温度、压力及流量等要求进行实时调整其转速，因此存在着用电浪费现象。

1.2水泵参数

表一

1.3 系统组建原则

本方案所提出的水泵节能系统能够达到以下的技术要求原则：

实用性——符合生产、安全、管理、各项业务要求，简便易用。

成熟性——整体结构和技术上采用当前成熟的方案和技术。

标准化——在系统平台和开发平台选型时，遵循国际标准及工业标准，系统采用统一的数据及文件格式、网络通讯规格、通讯接口。

高性价比——充分利用现有资源，满足生产需求的前提下，合理增加设备，追求尽可能高的性价比。

二、水泵节能改造方案

2.1水泵调速节电原理

为了解决目前水泵系统中无流量调节，或者通过阀门调节流量而造成水泵一直保持在额定功率的情况下运行，从而导致电能大量的浪费、减少了设备的使用年限。我们提供一种变频控制管理系统，该变频控制管理系统通过对水泵供电频率进行调节，冷水泵按照系统工艺温度温差及环境温度变化来调节供电频率，从而调节流量，达到在满足系统温度需求的前提下，实现低压冷水泵节电的目的；热水泵按照冷水池液位调节供电频率，从而达到调节流量，达到满足于冷水池恒定液位前提下实现水泵节电目的。

图2热负载年变化的曲线图3热负载日变化的曲线生产设备冷却水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、系统设备负荷发生变化时，各路冷却水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，压力传感器、温度传感器、水池液位传感器、室外温度传感器将检测到的这些参数送至PLC，PLC依据所采集的实时数据，实时计算出末端负荷所需的冷却水流量，以及各路冷却水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷却水泵的转速，改变其流量使冷却水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在PLC给出的最优值。

由于冷水系统采用了输出能量的动态控制，实现水泵循环系统跟随末端负荷的需求供应，使水泵系统在各种负荷情况下，都能既保证末端设备的需求，又最大限度地节省了系统的水泵电机电能消耗。

众所周知，异步电动机运转速度是由定子电流频率f、磁极对数p及转差率s 三个参数决定的，用公式表示如下：

n=60f

p

(1−s)

由上式可看出，当p、s保持不变时，电机转速与电流的频率成正比。频率越高，转速越快，频率越低，转速越慢。

由水泵特性可知，水泵流量与转速成正比，即频率越高，流量越大；频率越低，流量越小。水泵的耗电量与机组转速的三次方成正比，用调速电机控制水量，随着水量的变化，若使管道某一参数保持恒定，就可以改变泵的转速。

水泵风机类负荷属于平方转矩负荷，即转矩M与转速N的平方成正比，M∝N2，而电动机轴的输出功率P∝MN∝N3,即电动机轴上的输出功率与转速的三次方成正比，由此可见，当电动机转速稍有下降时，电动机功率损耗就好大幅度下降，耗电量也随之大为减少。

2.2 水泵调速控制技术

现有循环水系统的低压水泵4台并联运行，1台备用；热水泵为5台并联运行，2台备用；所有水泵均为冬季运行2台，其他季节运行3台，在对水泵进行节能改造的同时为保证不影响循环水系统正常运行，故对其中一台水泵进行变频控制，其他2台工频运行，用由变频控制的水泵来调节总出水流量，从而达到调节水温度的目的。

在供水泵出口的总管道和凉水池各安装一台温度传感器，利用这两者之间的温差来控制供水泵的转速，在凉水池安装一台液位计，由凉水池的液位控制回水泵的转速，以实现供回水的平衡。

该水泵节能系统主要由触摸屏、PLC(CPU、模拟量输入/输出模块、开关量输入/输出模块)，现场仪表、变频器等设备组成，如图4所示。

PLC为整个系统的核心，负责采集现场仪表数据和对数据分析后给出模拟信号来控制变频器，从而调节水泵的转速。用户可根据生产的实际情况选择手动调速和自动调速。

触摸屏中可以显示现场仪表的实时数据以及变频器和水泵的运行参数。