工泵变频泵不同组合并联之性能及应用问题探讨

当前, 工业循环水用水大户, 小时用水量高达上万乃至数万吨。而生产用户的用水量, 却非在设计规模下恒定不变, 是随着生产负荷的变化而变化的。如何选择在水泵站设置工频泵和变频泵不同组合的多台水泵, 并联运行, 并通过增减开泵台数和变频泵调节, 满足负荷变化的要求, 使系统安全合理运行, 达到节能效果, 对设计者和用户, 是一个十分重要的课题, 必需引起高度重视。

多泵并联采取的组合方法有三种:多泵全部工频;几台工频泵与几台变频泵;多泵全部变频。有的设计者还将其变频泵的扬程, 特意选的比其他工频泵高, 以图达到在变频后与其他工频泵扬程相同, 适合并联运行条件, 使变频泵泵处于稳定、高效运行状态的目的。

下面就对这几种不同组合的多泵并联运行情况及应用问题, 进行分析探讨, 期望对此项技术的探讨和应用有所裨益。

一、几种情况的分析

1.多台工频泵组合并联运行

有的认为, 多泵并联运行, 总流量比各泵之和少, 效率也下降, 笔者认为, 这是有前提的, 并非一概如此。多台工频泵并联运行, 如果各泵额定流量之和正好与实际用水量一致, 管路按其多泵并联运行设计, 却是最经济合理的。其特性曲线适合多泵并联运行, 运行点是在高效工况区。

多台工频泵并联运行的性能曲线解释如下 (见下图) :

多泵并联管路特性曲线设为“G2”, 单泵的性能曲线设为“Q-H1”;单泵运行, 利用的是多泵并联管路, 用户要减少, 就会关掉一些用户阀门, 即相当于关小压出管道阀门。但用户要保持压力不变, 即与多泵运行压力相同。此时管路特性曲线比“G2”变陡, 设为“G1”;多泵并联性能曲线设为“Q-H2”;当按单泵运行时, 单泵曲线“Q-H1”与单泵管路性能曲线“G1”交点设为“1”, 即单泵方式下的运行工况点;当按多泵并联运行时, 泵曲线”Q-H 2”与“G2”交点设为“2”, 即多泵方式下的运行工况点。即“1”点与“2”点, 不在同一条管路特性曲线上。单台或多台泵并联运行, 用户要求压力不变, 均为H12。“2”点对应下的流量Q2即为两台泵并联的流2Q1。以此类推, 多台泵并联运行, 各泵性能参数不变, 压力不变, 其流量为各泵流量之和。在设计多泵并联管路时, 能够做到力求使其性能曲线与多泵性能曲线的额定工况点近邻区域相交, 使泵确处于高效工况区运行。

若本来按一台泵流量设计管路, 按两台或多泵并联运行, 泵运行就会偏离额定工况点, 其总流量小于各泵之和, 压力升高, 效率下降。压力升高也并非用户所需, 造成浪费。这种情况下, 变成了“增加的台数越多, 流量增加的越少, 3台以上已无实际意义”。与上述情况是不同的, 这是笔者认为需要特别提到的一个问题。

2.多台变频泵组合并联运行

众所周知, 多台同步变频泵组合并联运行, 变频各泵的各性能参数流量、扬程、功率遵照泵的“比例率”公式, 分别成一次方、二次方、三次方关系降低, 对此不再详赘。个泵和多泵性能曲线当然也都变了, 与工频泵对应的各性能曲线, 均发生向下偏移。如果用户想保持压力不变 (不上升) , 就要关小阀门减少流量, 即使变频后的管路曲线在变陡, 两条曲线交点向右移。读者可做出性能曲线得到更直观的证明。

多台同步变频泵并联运行, 虽保持压力不变, 由“比例率”公式可知, 电力消耗必然降低, 各泵仍能维持在高效区运行。

由于多泵同步降速, 各个泵不会出现降速过低和汽化现象, 也不会出现过载现象。

3.变频泵与工频泵组合并联运行

采用一台或两台变频泵与多台工频泵并联运行, 两种泵的效率均有不同幅度的下降, 其中变频泵的效率下降明显。据文献报道, 当一台变频泵和1台工频泵并联运行与2台变频泵运行工况点相同时, 变频泵的效率下降约25% (79%-52%) [1], 也会出现工频泵的功率超过额定功率的现象。

从另一角度讲, 变频泵的扬程与流量成正比下降, 等同于不同扬程 (或说性能曲线) 的泵并联。变频泵要减流量, 工频泵要增流量, 变频泵减少的流量, 是有工频泵承担了。功耗发生了转移, 变频泵减低的电耗, 一部分有工频泵能耗增加而抵消了。

至于将变频泵的扬程特意提的比工频泵高, 认为变频后与工频泵扬程相同。故意拔高后再特意降低, 这是不大科学。不可足取的。这是因为, 既然能预先确定变频泵, 就能事先选择一台流量小, 扬程相同的合适的工频泵, 效率也高, 还剩了变频器, 更为合理。

二.应用及应注意的问题

1. 多台工频泵组合并联运行。

如果泵型选的合适, 管路设计合理, 系统运行效率最高, 最经济合理。不能与“增加的台数越多, 流量就增加的越少, 3台以上已无实际意义相混淆。

这种设计和运行方式, 比较适合以下情况和场合:1) 泵的参数、台数与实际情况很接近;2) 管路设计计算较精确, 合理。设计时用量, 扬程变化因素能够确定, 考虑的较为周全, 或变化不会很大, 设计要求较高较严。除此之外, 设计阶段应注意考虑泵变频或留有余地。

此方式节省了设备变频器及其相关投资, 减少工程费用, 优越性明显。

2. 多台泵全部同步变频组合并联运行, 工况也在较高区。

这种设计和运行方式, 比较适合以下情况和场合:1) 投运后泵的参数、台数与实际情况偏离较大;2) 项目不确定因素多, 生产运行特点和方式难定, 总用量不定或预料有不小变化, 泵型和台数不易选。3) 管路设计难较精确计算等。

这种方式, 因增加设备变频和占地, 相关投资增加较多, 工程费用增大。运行调节较工频泵并联复杂。

3. 变频泵与工频泵并联运行, 由于前述原因, 长期运行工频泵有可能会因负荷大而发热。

因此要特别注意做好工频泵的过热保护。这种方式适用于已投产, 发现设计与实际有相当的偏离, 而且泵台数很多, 搞全部变频受资金和场地诸多条件限制等场合。

三、结论

以上三种运行方案, 综合评价其优劣:1) 各有不同程度的优点, 能解决不同场合, 不同情况下的一些问题。2) 如用直接明了的不等式表示其优越性, 则可为:多台工频泵组合并联≥多台变频泵组合并联≥变频泵与工频泵中并联。

四、建议

1.项目设计者在设计阶段, 尽量将运行方案尽量考虑周全些, 满足不同负荷情况下的运行方式。多台工频泵组合并联, 应作为项目首选。

2.全部变频泵并联运行方案, 最好不在设计阶段设计, 但可留有增加此种方式的余地。要搞也是在在并联工频泵投运后, 发现确实需要变频的情况下, 有项目单位根据实际情况, 研究决定。

3.若工程情况很复杂, 应留以后能上部分或全部变频或可择机增加水泵台数的余地, 确保整个系统设计具有柔性, 适合有限负荷变化, 使其运行经济合理。

摘要：本文主要根据多台工频泵和变频泵采用不同组合并联等几种运行情况的性能和工况, 分析其优缺点, 探讨其应用中易被误解和需注意的有关问题。这几种并联组合, 方法和特点不尽相同, 所以应用中, 场合、情况不同, 所用方法不同, 效果也不同, 需特别引起重视。

关键词：多泵工频,多泵变频,组合并联,工况,应用问题概述

参考文献

[1] 中国石化集团上海工程有限公司编 (《化工工艺设计手册》第三版上册) 化学工业出版社北京.

[2] 上海化工学院《基础化学工程》上册上海科学技术出版社出版.

[3] 全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会《工业泵选用手册》化学工业出版社.