分布式变频泵系统的设计与应用
一、分布式变频泵系统的原理
在传统的供热枝状管网系统中，一般是在热源处或换热站内设有一组循环泵，根据管网系统的流量和*不利环路的阻力选择循环泵的流量、扬程及台数;管网系统各用户末端设手动调节阀或自力式流量控制阀等调节设备，以消耗掉该用户的剩余压头，达到系统内各用户之间的水力平衡;个别既有热网由于用户热负荷的变化，资用压头不够，增装了供水或回水加压泵，但由于不易调节，往往对上游或下游用户产生不利的影响。
随着新型调节设备和控制手段的出现，使得对水泵的数字控制成为可能，这样理论上可以取消管网中的调节设备，代之以可调速的水泵，在管网的适当节点设置，以满足其后的水力工况要求。如果控制管网中适当节点的压差，该点称之为压差控制点，对于主循环泵的选择，只要能够满足流量和热源到压差控制点的阻力即可，这样可大大降低循环泵的扬程，使得主循环泵电机功率下降许多;经济控制点之后的每个用户设置相应分布变频泵，成为分布式变频泵系统，使得原来阀门节流的能量不再白白地损失，由于水泵可用变频器调速，主循环泵可大大降低电能消耗，理论上可省去调节设备，同时供热系统可工作在较低的压力水平，系统更加安全。中国城镇供热协会也已将分布式变频泵系统的研究开发列为“十五”科技规划。
二、分布式变频泵系统的设计
在分布式变频泵系统中，设计时应按以下步骤进行：
1、管网系统设计，计算管网的阻力。
2、选择压差控制点，不同的压差控制点对应不同的设备初投资和管网运行费用，应按技术经济分析进行选择。
3、选择主循环泵，主循环泵的选择考虑两方面：
A：流量要求，应能提供管网的全部循环流量;
B：扬程要求，应满足热源到压差控制点间管网阻力。
4、分布泵的选择，主要考虑满足该分支用户的阻力和流量。
三、分布式变频泵系统的实现
按照以上思想，唐山市热力总公司对所属龙东锅炉房供热系统进行了改造。本文以此为例来说明分布式变频泵系统的实现过程。
1、龙东供热系统由一座4×10t/h热水锅炉房和两个间供站组成，基础参数如下：
(1)供热建筑面积：
龙南站：181814.31m2
龙北站：139891.62m2
合计：321705.93m2
(2)设备：主循环泵两台，开一备一，ISR200-150-400，功率N为90KW，流量Q为400m3/h，扬程H为50m水柱。
(3)管网：
1-2管径DN300，沟长L=500m
2-3管径DN250，沟长L=536m
3-4管径DN250，沟长L=650m
根据近几年实际运行情况，取热源供回水温度105℃/65℃，锅炉房内部阻力损失10m水柱，龙北站内阻力损失10m水柱，龙南站内部阻力损失5m水柱，建筑热指标取55kcal/m2h。
2、由以上参数，经计算选择实验改造方案如下：
1锅炉房主循环泵换成H=24m，Q=480m3/h,N=45KW变频泵
2龙南站一次供水加一台变频泵，H=12.5m Q=200m3/h N=15KW
3龙北站一次供水加一台变频泵，H=24m Q=240m3/h N=22KW
4龙南、龙北站变频泵与原有管段并联，并在原有管段增加阀门。
需要指出的是，由于水泵的参数不可能完全正好满足管网的需要，在设备选择过程中均有不同程度的取整。
3、按照锅炉房主循环泵提供锅炉房内部和1-2点阻力损失，各站分布变频泵分别克服2-3、2-4及站内阻力损失的原则，本年度我公司对改造后的龙东供热系统进行了调试运行。在调试过程中，我们本着在满足供热要求的前提下，尽量使两个热力站的一次回水温度平衡，并且在可能的情况下尽量提高分布变频泵的负荷，减少主循环泵的负荷，以期尽可能节约电能消耗。分布式变频泵系统投运后，与原有单点设置循环泵系统相比，电流消耗实测如下：
系统单点循环泵一台运行时消耗电流为130A;
分布式变频泵多点运行时，实测数据表如下：
4、分布式变频泵系统投运前后主循环泵出口压力由0.6Mpa下降为0.39Mpa。
5、分析
几台泵电机的功率因数差别不大，均在0.78-0.81之间，如不考虑其差异，节能率为(130-56-17.1-26.8)/130×100%=23.15%
四、结论
分布式变频泵系统是一种新型的水泵布置型式，与传统的单点布置相比具有如下优点：
1、节约电能;
2、系统整体压力水平较低，系统更加安全。
五、几点体会
1、由于主循环泵一般布置在热源回水，对于分布泵的布置(除主循环泵以外)应在热力站的供水或尽量靠近经济控制点处的供水管。
2、对于补水点处的补水定压值应重新核算，由于一般情况下将分布泵布置在管网经济控制点处时有困难，当将分布泵布置在站内时，对于分支线较长时，有可能引起补水点的飘移。对于此种工况，一种办法是将补水点设在管网压力*低点，另一种办法是仍在热源总回水处集中补水，适当提高补水定压值。
3、在设备选择上，主循环泵技术参数应适当留有裕量。
4、压差控制点处压差的控制：由于供热管网距离较远，信号传输不易实现或实现成本较高，采用计算值折算到主循环泵进出口;或在压差控制点供回水管安装压力表，参考压力表数值调整主循环泵进出口的压差。
5、在分布式变频泵系统中，由于水泵产品的技术参数是不连续的，不可能正好满足实际需要，即使进行变频调节也不可能正好满足，系统中个别点的阀门调节仍然是有需要的。
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