高压循环水系统的变频控制优化

安文刚，李 飞

（西部超导材料科技股份有限公司，陕西西安 710018）

0 引言

循环水冷却系统是现代大工业降温系统工程中最为常用的冷却系统，并作为工业的基础设施而存在。正是因为它的基础作用和广阔的应用范围，决定了它的能耗在工业中占据较大的比重。公司高压循环冷却水系统在正常生产时，通常采用每日24 h 不间断运行，然而安全可靠运行和降低能耗则尤为重要。

1 现有高压循环水系统运行情况

公司高压循环水系统主要承担电弧炉、快锻机、热处理炉等设备的冷却，由于上述设备功率较大，需要足够的热交换能力。所以该高压循环水冷却系统安全、可靠运行尤为重要。该高压循环水系统采用的水泵为2 用1 备（单台90 kW）的软启动方式运行。

2 存在问题

（1）若采用2 台水泵同时工作，管网压力为0.7 MPa（大于需求值0.5 MPa），对整个管网运行造成隐患，若启动1 台水泵运行时，系统压力又不能满足要求，导致设备热交换不足从而因冷却系统温度过高而跳闸停止工作。

（2）2 台同时满负荷运行将造成大量的水资源及电能的浪费。

（3）通过人为现场巡视对其进行记录和监控，造成人力资源的浪费。

（4）运行记录数据不便于保存和查询。

3 系统变频改造方案

采用变频器直接控制水泵负载是一种很科学的控制方式，利用变频器内置PID 调节软件，直接调节电动机的转速，保持恒定的水压，从而满足系统要求的压力。由于变频器可实现电机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，可减少电机故障率，延长使用寿命，同时也降低了能耗，设备运行工况得到了明显改善，系统的安全可靠性和设备使用率得到了提高，节能效果十分明显。

图1 系统控制原理

现将系统改造为1 台水泵软启动控制不变，1 台水泵采用变频器控制运行，另外1 台变频器控制和软启动控制可切换方式运行。系统控制原理图如图1 所示。在正常工作时采用1 台水泵电机软启动控制方式工频运行，另外1 台采用变频器控制变频方式运行，这样既能满足系统压力要求，又能满足安全可靠运行。

在主管网上安装电磁流量计、水温计、压力传感器及电机上安装温度传感器，将各传感器数据接入PLC 模块输入端，通过在PLC 中控制模块中编写控制程序，将相关程序导入变频器，在变频中设置相关参数来实现系统变频控制，并通过数据总线将相应数据传输到后台控制软件，从而实现系统的就地和远程控制，并将运行数据生成数据报表输出。对整个系统的运行分析提供有效数据。

4 系统运行情况

通过变频改造后的高压循环水系统于2015 年1 月4 日投运，通过近五年的运行，整个系统运行状态良好，无波动或异常现象。能够准确的按照在线设置来调节管网水压，实现了高压循环水系统的恒压供水，能够保证系统的安全可靠运行，恒压供水系统工况如图2 所示。

5 实现的功能及经济效益

（1）实现了高压循环水系统的远程操作及动态实时监控。

图2 恒压供水系统工况

（2）实现了变频器控制与软启动控制的相互切换功能，提高了设备运行的安全性和可靠性。

（3）采用双变频器控制或1 台变频器和1 台软启动共同运行，可大幅降低运行成本（根据现场运行可有效降低能耗约20%每年按照300 d 运行，可节约22 万度电，约14.96 万元）。