工业循环水系统电机启动设计

彭朝华，邵永仁

（浙江新安化工集团股份有限公司 ，浙江 杭州 311600）

化工企业为了实现节能减排通常设置工业循环水系统。本公司某生产基地投资新建了一套总处理能力为2000 m3/h的循环水系统，该系统配置的低压电机功率为132 kW，如何合理设计一套循环水泵电机及冷却塔风机电机的启动系统使装置达到节能、可靠运行且节约投资，成为摆在我们电气设计人员面前的一个急待解决的课题。

1 设计方案确定

1.1 工艺流程介绍

来自各车间的工艺、设备产生的冷却水通过管道送到循环水池顶部，经冷却塔冷却后，再通过水泵将降温后的循环上水再次送入各车间。冷却水在进循环水池之前的温度为43℃，通过循环水冷却系统后出水温度可以降至33℃。冷却水循环系统流程详见图1。

1.2 设备选型配备

循环水池的设计处理能力为2000 m3/h，采用2台132 KW的水泵，能够满足满负荷运转要求。考虑设备检修需要，设置一台循环水备用泵，即循环水泵采用2台常开1台备用的配备模式；循环水池内有二台冷却塔，冷却塔顶部安装了2台37 KW风机，因风机故障率低，不需要考虑备用；另外，还配备1台7.5 KW的污水泵，用于循环水系统排污。

1.3 设计方案

通过工艺计算，满足冷却水量及热交换的要求，3台循环水泵的功率为132 KW，2台风机的功率为37 KW。循环水泵及风机的电机功率大，采用直接启动对企业电网冲击大，因此必须降低电机启动电压，采用降压启动。而污水泵的功率低，可以采用直接启动方式。

降压电机启动电压的方式很多，目前方便、快捷、安全的电机降压启动设备主要采用软启动器或者变频器启动，两种启动方式都能减低电机启动电压，其主要优缺点对比如下：

（1）变频器启动是用于需要调速的地方，不但可以降低电机启动电压，而且还可以通过改变电源频率调整电机输出；而软启动器实际上是个调压器，只起到降低电机启动电压的作用。

（2）变频器启动功能多，具备所有软起动功能，可以替代软启动器，但软启动器不能替代变频器的调速功能。

（3）变频器比软起动器价格昂贵，结构也复杂得多，因此后期维修成本高，维护费用高。

（4）变频器的组成电气元器件敏感度高，对使用环境要求苛刻，而软启动器相比较对环境的要求没那么高。

根据工艺控制要求，我们对3台循环水泵的控制初步提出了以下3种方案：

方案一：3台循环水泵均采用变频器；

方案二：3台循环水泵均采用软启动器；

方案三：2台循环水泵采用软启动器，1台采用变频器。

1.4 进行比较，确定最终方案

经调查发现，一年内各车间大部分时间都满负荷运行，但每年也安排有固定的检修、维护周期，同时各车间的化工产品有季节性生产波动的需求，会出现定期停产检修或者根据需求季节性限产等，使循环水用量也随之波动，这就要求电机的功率根据需要适时调节。

方案二只能降低电机启动电压，但是不能根据生产中冷却水量调节循环水泵功率，不适合；方案一和方案三循环水泵的功率可以全部调节或部分调节，但是方案一的一次性投入高，且根据生产数据显示，循环水量最小量时，也至少需要1台循环水泵运行，另1台用于调节，不需要2台循环水泵都有调节功能，因此我们选用最优的方案三，即1台常开、1台备用的循环水泵采用软启动器，另1台采用变频器 ，这样既满足工艺参数要求，又可节省设备投资。

2 设计过程

2.1 控制原理

确定2台互为备用的循环水泵采用软启动器，1台采用变频器的方案后，我们着手设计工作。为了节省投资，1台采用变频器启动的水泵配备1台变频器，而2台互为备用的循环水泵采用一拖二的软启动模式，同时风机也采用一拖二的软启动模式。控制原理图见图2、图3。

2.2 水循环系统电机启动方式

这个冷却水循环系统的电机启动方式为：1台循环水泵采用变频器启动控制，2台循环水泵采用软启动器一拖二启动控制，2台风机也采用软启动器一拖二启动控制，1台污水泵采用接触器直接启动方式，详见控制系统图4。

3 实施效果

在项目实际实施过程中，我们选用了品质较好的艾默生EV2000系列变频器及西普STR系列软启动器。目前该项目已经投入使用。在试运行过程中，该系统的降压启动方式对企业电网无冲击影响，由于采用了变频器，我们能够根据生产负荷情况调节循环水泵进水量，适应不同季节、不同时期循环水量的调节要求，取得了非常好的节能效果。

4 结束语

化工装置大功率电机应用过程中除了考虑减少启动时对电网的冲击外，越来越关注电机节能、可调速等方面，因此选择合适的电机启动、控制方式及合理设计配置方案更值得我们继续研究。