李金城 
美國(guó)沃爾頓工業(yè)集團(tuán)Garcia為我們帶來(lái)一份化工泵如何節(jié)約能源的研究報(bào)告以及他的思考：
一座化工廠可能存在數(shù)百個(gè)泵送系統(tǒng)，而驅(qū)動(dòng)泵送系統(tǒng)的電機(jī)和變頻器會(huì)消耗大量電力。泵占世界總電能消耗的10%。作為工業(yè)領(lǐng)域最大的泵用戶之一，化工行業(yè)泵的用電消耗約占其行業(yè)總用電消耗的20%
然而研究表明，制造及加工廠的泵送效率卻不到40%。過(guò)程密集型行業(yè)（如化工行業(yè)）在生產(chǎn)流程中大量使用泵，該流程一般由恒功率的泵 – 通常是離心泵來(lái)管理并且始終需要控制過(guò)程流量。恒功率泵以及使用傳統(tǒng)的流量控制方法（如節(jié)流）會(huì)浪費(fèi)大量能源。改進(jìn)設(shè)備或變更控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)30%-50%的能源節(jié)約。
變頻器和電機(jī)的現(xiàn)代化配套方式能夠更加高效地控制和監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行。
變速運(yùn)行提高效率
傳統(tǒng)方式下，控制化工廠泵送系統(tǒng)中的液體流量有點(diǎn)像在駕駛車輛過(guò)程中將油門踩到底，同時(shí)使用制動(dòng)踏板改變速度。
離心泵的出口端配備一個(gè)控制閥，而離心泵由全速運(yùn)行的直接啟動(dòng)（DOL）電機(jī)驅(qū)動(dòng)并使用此控制閥壓制或阻礙液體，從而實(shí)現(xiàn)所需流量。為了安全起見，在工程設(shè)計(jì)階段通常會(huì)選擇超大規(guī)格的泵和DOL電機(jī)，但是實(shí)際上幾乎達(dá)不到最大設(shè)想流量。簡(jiǎn)而言之，液體從由全速工作的超大規(guī)格電機(jī)驅(qū)動(dòng)的超大規(guī)格泵中流出，然后遇到半閉合的流量閥。雖然流量得到控制，但是方式非常粗暴，所以會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)部件嚴(yán)重磨損以及浪費(fèi)能源。
施加到管道系統(tǒng)中的多余機(jī)械能通常會(huì)帶來(lái)不必要的副作用 – 如振動(dòng)、熱量和噪聲。這些不利因素可逐漸削弱泵、管路、閥門、接頭和儀表的完整性，從而導(dǎo)致成本高昂的停機(jī)并降低過(guò)程可靠性。據(jù)行業(yè)內(nèi)報(bào)道，與其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)相比，工業(yè)過(guò)程中的泵送系統(tǒng)的總維護(hù)成本最高。此外，泵和閥門是司空見慣的過(guò)程泄漏來(lái)源，不僅成本高而且還危險(xiǎn)。
調(diào)節(jié)流量和泵送容量的更好選擇是在電機(jī)上使用變頻器（VSD）。流量控制可以更加精確，還能夠大量節(jié)約能源，“立方定律”描述了離心泵或風(fēng)扇的流量輸出與能源輸入之間的關(guān)系。例如，電機(jī)速度下降20%可使能耗降低50%。
最近，一項(xiàng)ABB測(cè)試對(duì)比了由恒速運(yùn)行的37千瓦（kW）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)離心泵與同等VSD控制泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，結(jié)果突顯了VSD在部分流量控制中的優(yōu)勢(shì)。與節(jié)流閥控制相比，在50%、67%和83%的流量下，用電量（輸入功率）分別下降80%、61%和35%。
同步磁阻電機(jī)的優(yōu)勢(shì)
將感應(yīng)電機(jī)替換為先進(jìn)的同步電機(jī)技術(shù)，如同步磁阻（SynRM）和鐵氧體輔助同步磁阻（FA-SynRM），可進(jìn)一步增加能源節(jié)約。為了對(duì)比三種不同技術(shù)的效率，分別使用感應(yīng)電機(jī)（作為參考）以及SynRM和FA-SynRM電機(jī)構(gòu)建了三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所有三個(gè)系統(tǒng)采用 IEC 160框架尺寸，額定功率為 11 kW，在50 Hz下的標(biāo)稱同步速度為1500 rpm。
在恒定轉(zhuǎn)矩特性曲線中，與IE3高性能感應(yīng)電機(jī)相比，SynRM和FA-SynRM電機(jī)每年分別實(shí)現(xiàn)$159和$281的能源成本節(jié)約。在二次轉(zhuǎn)矩特性曲線中，分別節(jié)約了$122和$213。這些節(jié)約對(duì)應(yīng)不到2年的回收期，意味著這些電機(jī)在其生命周期中將實(shí)現(xiàn)更顯著的成本節(jié)約。與效率較低的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，能源節(jié)約可增加一倍以上。
同步電機(jī)不僅會(huì)提高能源效率，通常還在較低溫度下運(yùn)行，有助于提高安全性和可靠性。
感應(yīng)電機(jī)相對(duì)便宜、堅(jiān)固，而且沒有換向器和電刷，說(shuō)明其十分可靠并且?guī)缀鯚o(wú)需維護(hù)。主要缺點(diǎn)是異步轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)體損耗。這種損耗會(huì)降低效率并增加軸承中產(chǎn)生的熱量，從而導(dǎo)致軸承使用壽命縮短。盡管使用感應(yīng)電機(jī)也可實(shí)現(xiàn)VSD控制，但是這會(huì)引發(fā)定子、轉(zhuǎn)子和VSD損耗，從而導(dǎo)致效率下降。
在同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子以與驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了大多數(shù)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損耗的因素。因此，電機(jī)可在較低溫度下運(yùn)行，從而延長(zhǎng)軸承和絕緣系統(tǒng)等部件的使用壽命。
總擁有成本（TCO）下降
盡管在不同應(yīng)用中的數(shù)字不同，但是能源在電機(jī)驅(qū)動(dòng)型泵送系統(tǒng)的使用壽命期間占據(jù)其總擁有成本的50- 95%。大量的節(jié)約是可能的，但是經(jīng)常被忽視。例如，客戶最近告訴我們稱其工廠淘汰了之前提供連續(xù)照明的500W燈泡，在能源節(jié)約方面取得了進(jìn)展。這確實(shí)是一種節(jié)約，但是我們告訴他如何使配有半閉閥、連續(xù)運(yùn)行的75kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的能源使用降低50%并節(jié)省37,000W——這是燈泡能源節(jié)約的75倍。
觀察一下您的周圍并思考一下：如果您使用變頻器和電機(jī)現(xiàn)代化的配套，也許能夠使化工廠每年節(jié)約數(shù)百萬(wàn)美元。
數(shù)字化監(jiān)測(cè)和預(yù)防性維護(hù)
除了降低能源成本外，變頻器技術(shù)的進(jìn)步使得其在離心泵系統(tǒng)中的功能價(jià)值大大增加。由于連續(xù)的數(shù)據(jù)采集所提供數(shù)字化監(jiān)測(cè)以及可實(shí)現(xiàn)的預(yù)防性維護(hù)，使過(guò)程控制更加精細(xì)。
例如，我們現(xiàn)在可以僅通過(guò)變頻器數(shù)據(jù)判定泵的健康狀況，譬如是否臟污或堵塞。數(shù)字監(jiān)測(cè)功能會(huì)在發(fā)生更大問題或意外故障之前通知電機(jī)和泵開始加速或減速，從而清潔葉輪。變頻器可以執(zhí)行和管理的其他智能功能包括軟管填充、汽蝕監(jiān)測(cè)、無(wú)傳感器流量計(jì)算、多泵控制、液位控制、干運(yùn)行保護(hù)和泵清潔等程序。
利用預(yù)防性維護(hù)和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以對(duì)泵送系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)校正，并且可以對(duì)任何泵送系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行深入檢查，而無(wú)需在泵的運(yùn)行位置對(duì)泵進(jìn)行實(shí)際檢查。這一點(diǎn)對(duì)于數(shù)百個(gè)泵分布在工廠中難以靠近的化工行業(yè)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。
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