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談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制

2013-11-26 7:16:12??????點擊:

談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制

 

變頻供水設(shè)備概述

      隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,變頻供水設(shè)備已廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活及高層建筑生活消防供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速供水設(shè)備一般具有設(shè)備投資少,系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,占地面積小,節(jié)電節(jié)水,自動化程度高,操作控制方便等特點。但在實際應(yīng)用中若選型及控制不當(dāng),不但達不到節(jié)能目的,反而"費電"。以下結(jié)合我們多年來的實踐經(jīng)驗,對幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用及其控制方法進行介紹,供同行及用戶在設(shè)計、改造、選型時參考。 

 

1.普通循環(huán)軟啟動變頻供水設(shè)備

    該類型設(shè)備在實際應(yīng)用中較多,系統(tǒng)由水泵機組、循環(huán)軟啟動變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻調(diào)速器,PLC(或變頻控制器),低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)一般選擇同型號水泵2~4臺,以3臺泵為例,系統(tǒng)的工作情況如下:

    平時1臺泵變頻供水,當(dāng)1臺泵供水不足時,先開的泵轉(zhuǎn)為工頻運行,變頻柜再軟啟動第2臺泵,若流量還不夠,第2臺泵轉(zhuǎn)為工頻運行,變頻柜再軟啟動第3臺泵。若用水量減少,按啟泵順序依次停止工頻泵,直到最后1臺泵變頻恒壓供水。

    另外系統(tǒng)具有定時換泵功能,若某臺泵連續(xù)運行超過設(shè)定切換時間(一般設(shè)為1~2天),變頻柜可自動停止該泵切換到下一臺泵繼續(xù)變頻運行。換泵時間由程序設(shè)定,可按要求隨時調(diào)整。這樣可均衡各泵的運行時間,延長整體泵組的壽命。

    為達到更好的節(jié)能目的,多功能變頻控制器設(shè)有雙恒壓接口,系統(tǒng)可實現(xiàn)雙恒壓供水功能。

    該系統(tǒng)一般適用于規(guī)模較小的多層住宅小區(qū)(如300戶以內(nèi))或其它小規(guī)模用水系統(tǒng),水泵功率一般不超過7.5kW。另外也適用于小流量用水時間很短或用水量變化不大的其它場合,如循環(huán)水系統(tǒng)。

談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制

2.帶小流量泵的循環(huán)軟啟動變頻供水設(shè)備

    當(dāng)變頻供水系統(tǒng)在小流量或零流量的情況下,比如在夜間用水低谷時,系統(tǒng)內(nèi)的用水量很小,此時水泵在低流量下運行,會造成水泵效率大大降低,不能達到節(jié)能的目的,水泵功率越大用電越多。例如對300~1000戶的多層住宅小區(qū)或600戶左右的小高層住宅樓群(12層以內(nèi))的生活用水系統(tǒng),生活主泵功率一般在15kW左右,系統(tǒng)的零流量頻率f0一般為25~35Hz,故在夜間小流量時,采用主泵變頻供水效率較低。

     這就涉及供水系統(tǒng)在小流量或零流量時的節(jié)電問題,一般可以采取4種方案:①變頻主泵+工頻輔泵;②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐;③變頻主泵+氣壓罐;④變頻主泵+變頻輔泵+氣壓罐[2]。從節(jié)能、投資角度看第4種方案更為適宜,該方案即在原變頻主泵基礎(chǔ)上,再配備1~2臺小泵專用在夜間或平時小流量時變頻供水,一般選擇小泵流量為3~6m3/h,居民區(qū)戶數(shù)越多,流量可適當(dāng)選擇大些。小泵功率一般為1.5~3kW,小泵的揚程按主泵揚程或略低于主泵揚程即可。

    變頻柜采用PLC控制,程序采用模塊化設(shè)計,系統(tǒng)控制流程見圖1。平時系統(tǒng)運行于主泵循環(huán)軟啟動變頻供水模式,系統(tǒng)用水量減小時,主泵頻率逐漸降低,當(dāng)頻率低于小流量頻率時,PID調(diào)節(jié)器發(fā)出低頻切換信號,延時后,系統(tǒng)自動進入小泵變頻供水模式。當(dāng)用水量增大,小泵流量不能滿足系統(tǒng)需要時,PID調(diào)節(jié)器發(fā)出滿頻信號,延時后,系統(tǒng)自動返回主泵循環(huán)軟啟動變頻供水模式。為達到更好的節(jié)能效果,系統(tǒng)也可實現(xiàn)雙恒壓供水功能。

    以鄭州某單位住宅小區(qū)變頻供水系統(tǒng)為例,生活主泵配QDG30?20×3立式多級泵2臺,單臺Q=30m3/h,H=60m,N=11kW,小泵配QDL4.8-8×6立式多級泵1臺,Q=4.8m3/h,H=48m,N=1.5kW。在用水非高峰時,主泵運行小流量頻率平均為30Hz,電流為6.5A,采用小泵時小流量頻率平均為35Hz,電流為2.5A,按每天小流量運行時間15h計算,每年可節(jié)電3800kW·h。

 

3.全流量高效變頻供水設(shè)備

    對比較大的生活小區(qū)和高層建筑的生活用水,若單配主泵機組和小流量泵,因小泵流量QL和主泵流量QM差別較大,當(dāng)流量調(diào)節(jié)范圍在QL~1/3Qm時,水泵的運行效率仍很低,導(dǎo)致水泵運行不經(jīng)濟,浪費電能。并且流量在大于或接近QL時還會出現(xiàn)頻繁的換泵操作。為實現(xiàn)在全流量范圍內(nèi)水泵始終能高效率運行,這就有必要再增加一種中流量水泵,流量可選為1/3Qm~1/2QM。特殊情況下還可增加2種中流量水泵。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀,從而使得設(shè)備在任何流量段運行時均處于水泵的高效率段,更加節(jié)能。

    變頻柜控制核心由PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀構(gòu)成,以三種泵配置為例,系統(tǒng)的控制流程見圖2。系統(tǒng)也可實現(xiàn)雙恒壓供水功能,中泵和小泵變頻時低恒壓供水,主泵變頻時高恒壓供水。

 

4.深水井變頻供水設(shè)備

    目前深水井潛水泵采用變頻調(diào)速控制的也非常廣泛,主要是因為不需再建水塔,設(shè)備占地小,建設(shè)周期短,水質(zhì)無二次污染,水泵軟啟動軟停車,故障率低,大修周期延長,壽命提高。但對夜間也要求供水的系統(tǒng)(一般居民生活用水都有要求),仍存在夜間小流量"費電"問題。一般潛水泵功率較大,小流量頻率fL一般在28Hz以上。如30kW的潛水泵,小流量頻率按30Hz計算,每天夜間近6h內(nèi)約有50kW·h電能"浪費",一年就是18000kW·h!這還未計入白天小流量時的用電。

    為解決小流量耗電問題,可增配1臺直徑600~1200的囊式氣壓罐,一般氣壓罐可直接安裝在泵房。根據(jù)氣壓罐的調(diào)節(jié)容量合理設(shè)置小流量頻率fL。變頻柜控制核心仍為PLC和多功能PID調(diào)節(jié)儀,當(dāng)系統(tǒng)用水量變小,運行頻率降至小流量頻率fL時,系統(tǒng)進入小流量變頻穩(wěn)壓狀態(tài),同時PLC自動計算潛水泵啟動次數(shù),若小時啟動次數(shù)D≥12次,系統(tǒng)則回到潛水泵變頻恒壓供水狀態(tài)。

 

5.生活消防合用變頻供水設(shè)備

    對多層建筑,《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ16-87第8.1.2條規(guī)定"消防給水宜與生產(chǎn)、生活給水管道合用"。但對高層建筑,《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-95第7.4.1條規(guī)定"室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)與生活、生產(chǎn)給水系統(tǒng)分開獨立設(shè)置"。而12層以內(nèi)小高層建筑(特別是住宅樓群),生活消防壓力差別不大,若管材選用適當(dāng)或消防管路采取防倒流措施,在采用變頻設(shè)備及電源可靠條件下,建議高規(guī)適當(dāng)放寬要求應(yīng)允許生活消防合用供水設(shè)備。同時有以下優(yōu)點:

(1)生活消防泵組定時輪換運行,不會因消防泵長期不用或管理不善而使水泵銹死,機組時刻處在工作狀態(tài)。

(2)生活泵組和消防泵組合用,基本節(jié)省一套消防泵組,且便于設(shè)備管理和維護。

(3)設(shè)備自動化程度高,供水穩(wěn)定可靠,且水質(zhì)無二次污染。

(4)水泵軟啟動軟停車,無沖擊和超壓危害。

    系統(tǒng)可按循環(huán)軟啟動變頻設(shè)備或帶小流量泵的循環(huán)軟啟動變頻供水設(shè)備選型,主泵流量按生活、消防兩者最大的來選擇,并留有1臺備用泵,揚程一般按消防設(shè)計壓力選擇。另外還應(yīng)注意的有以下幾點:

(1)應(yīng)設(shè)消防接口,如有消防報警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)24VDC無源啟停接口。

(2)應(yīng)有消防時確保消防用水的技術(shù)措施,如在生活總管上安裝電磁閥,消防時關(guān)閉生活用水。

(3)應(yīng)設(shè)水位接口,消防低水位報警,并關(guān)閉生活用水。

(4)應(yīng)有雙恒壓功能,即平時低恒壓生活供水,消防時自動轉(zhuǎn)入高恒壓消防供水。

(5)消防時應(yīng)限制退泵操作,以防止壓力不穩(wěn)。

談幾種變頻供水設(shè)備的應(yīng)用與控制

6.消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設(shè)備

    多層建筑消火栓或自動噴水滅火系統(tǒng)采用消防主泵變頻供水設(shè)備時,可不再設(shè)穩(wěn)壓小泵,由主泵變頻運行來保壓。若消防管網(wǎng)室外部分較大,可增加調(diào)節(jié)容量100L左右的穩(wěn)壓罐即可。設(shè)備的主要功能如下。

6.1 主泵變頻穩(wěn)壓功能

    平時無消防時,設(shè)備處于變頻穩(wěn)壓工作狀態(tài),由電接點壓力表采集管網(wǎng)水壓信號,當(dāng)管網(wǎng)水壓低于穩(wěn)壓下限時,消防泵變頻運行,向消防管網(wǎng)補水,當(dāng)管網(wǎng)水壓達到穩(wěn)壓上限時,消防泵軟停止。

6.2 自動換泵功能

    消防主泵具有周期輪換穩(wěn)壓運行功能,換泵周期由變頻柜程序設(shè)定,一般設(shè)定為24~48h。若設(shè)備檢測到穩(wěn)壓主泵故障時,立即切換到另一臺主泵穩(wěn)壓運行,并報警顯示。

6.3 自動巡檢功能

    設(shè)備具有定期強制自動巡檢功能或隨時手動巡檢功能,以防水泵長期不運轉(zhuǎn)而"銹死"。巡檢周期和單泵巡檢運行時間可調(diào)。若水泵故障,設(shè)備可自動報警并記憶。

6.4 自動消防恒壓供水

    設(shè)備接到消防信號,立即進入消防主泵恒壓供水狀態(tài)。變頻柜具有循環(huán)軟啟動功能,若一臺泵故障或流量不夠,可自動變頻啟動另一臺泵。消防信號解除,立即恢復(fù)至平時消防高穩(wěn)壓供水狀態(tài)。

6.5 智能消防功能

    因火災(zāi)或管網(wǎng)漏水嚴(yán)重,在無消防信號情況下,設(shè)備自動進入消防高恒壓供水狀態(tài)并報警,防止真正火災(zāi)發(fā)生時水泵頻繁啟停,水壓時高時低不穩(wěn),影響滅火用水。

    該類消防設(shè)備安裝相對集中,配置簡易,系統(tǒng)自動化程度高,減少了平時管理要分散保養(yǎng)、維護、檢查的工作量。鄭州某市場采用了2套消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設(shè)備,均未設(shè)穩(wěn)壓小泵和高位水箱,從一年多的運行情況看,使用效果非常理想。

 

7.結(jié)語

    (1)生活供水系統(tǒng)采用變頻供水設(shè)備可改善供水水質(zhì),且自動化程度高,又是國家節(jié)能推廣技術(shù),但若選擇使用不當(dāng),又會造成電能"浪費",達不到預(yù)期目標(biāo)。因此建議設(shè)計人員和用戶在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮,在保證可靠供水前提下,充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力。

    (2)消防變頻供水設(shè)備自動化程度高,系統(tǒng)響應(yīng)迅速,實戰(zhàn)性強,同時設(shè)備分布相對集中,配置簡單,便于管理和維護,建議用戶應(yīng)根據(jù)自身工程特點合理選用。

 

 

 

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