一座化工廠(chǎng)可能存在數百個(gè)泵送系統，而驅動(dòng)泵送系統的電機和變頻器會(huì )消耗大量電力。泵占世界總電能消耗的10%。[1] 作為工業(yè)領(lǐng)域最大的泵用戶(hù)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(chǎng)的泵送效率卻不到40%。[2] 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的流量控制方法（如節流）會(huì )浪費大量能源。改進(jìn)設備或變更控制系統可實(shí)現30%-50%的能源節約。[3]
變頻器和電機的現代化配套方式能夠更加高效地控制和監測泵的運行。
傳統方式下，控制化工廠(chǎng)泵送系統中的液體流量有點(diǎn)像在駕駛車(chē)輛過(guò)程中將油門(mén)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，而離心泵由全速運行的直接啟動(dòng)（DOL）電機驅動(dòng)并使用此控制閥壓制或阻礙液體，從而實(shí)現所需流量。為了安全起見(jiàn)，在工程設計階段通常會(huì )選擇超大規格的泵和DOL電機，但是實(shí)際上幾乎達不到最大設想流量。簡(jiǎn)而言之，液體從由全速工作的超大規格電機驅動(dòng)的超大規格泵中流出，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 )導致系統部件嚴重磨損以及浪費能源。施加到管道系統中的多余機械能通常會(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(mén)、接頭和儀表的完整性，從而導致成本高昂的停機并降低過(guò)程可靠性。據行業(yè)內報道，與其他電機驅動(dòng)型系統相比，工業(yè)過(guò)程中的泵送系統的總維護成本最高。此外，泵和閥門(mén)是司空見(jiàn)慣的過(guò)程泄漏來(lái)源，不僅成本高而且還危險。調節流量和泵送容量的更好選擇是在電機上使用變頻器（VSD）。流量控制可以更加精確，還能夠大量節約能源，“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，電機速度下降20%可使能耗降低50%。最近，一項ABB測試對比了由恒速運行的37千瓦（kW）電機直接驅動(dòng)離心泵與同等VSD控制泵系統的數據，結果突顯了VSD在部分流量控制中的優(yōu)勢。與節流閥控制相比，在50%、67%和83%的流量下，用電量（輸入功率）分別下降80%、61%和35%。
將感應電機替換為先進(jìn)的同步電機技術(shù)，如同步磁阻（SynRM）和鐵氧體輔助同步磁阻（FA-SynRM），可進(jìn)一步增加能源節約。為了對比三種不同技術(shù)的效率，分別使用感應電機（作為參考）以及SynRM和FA-SynRM電機構建了三個(gè)電機驅動(dòng)系統。所有三個(gè)系統采用 IEC 160框架尺寸，額定功率為 11 kW，在50 Hz下的標稱(chēng)同步速度為1500 rpm。在恒定轉矩特性曲線(xiàn)中，與IE3高性能感應電機相比，SynRM和FA-SynRM電機每年分別實(shí)現$159和$281的能源成本節約。在二次轉矩特性曲線(xiàn)中，分別節約了$122和$213。這些節約對應不到2年的回收期，意味著(zhù)這些電機在其生命周期中將實(shí)現更顯著(zhù)的成本節約。與效率較低的感應電機驅動(dòng)系統相比，能源節約可增加一倍以上。同步電機不僅會(huì )提高能源效率，通常還在較低溫度下運行，有助于提高安全性和可靠性。感應電機相對便宜、堅固，而且沒(méi)有換向器和電刷，說(shuō)明其十分可靠并且幾乎無(wú)需維護。主要缺點(diǎn)是異步轉速會(huì )導致轉子導體損耗。這種損耗會(huì )降低效率并增加軸承中產(chǎn)生的熱量，從而導致軸承使用壽命縮短。盡管使用感應電機也可實(shí)現VSD控制，但是這會(huì )引發(fā)定子、轉子和VSD損耗，從而導致效率下降。在同步電機中，轉子以與驅動(dòng)磁場(chǎng)相同的速度轉動(dòng)，消除了大多數導致轉子損耗的因素。因此，電機可在較低溫度下運行，從而延長(cháng)軸承和絕緣系統等部件的使用壽命。
盡管在不同應用中的數字不同，但是能源在電機驅動(dòng)型泵送系統的使用壽命期間占據其總擁有成本的50- 95%。大量的節約是可能的，但是經(jīng)常被忽視。例如，客戶(hù)最近告訴我們稱(chēng)其工廠(chǎng)淘汰了之前提供連續照明的500W燈泡，在能源節約方面取得了進(jìn)展。這確實(shí)是一種節約，但是我們告訴他如何使配有半閉閥、連續運行的75kW 電機驅動(dòng)泵的能源使用降低50%并節省37,000W——這是燈泡能源節約的75倍。觀(guān)察一下您的周?chē)⑺伎家幌拢喝绻褂米冾l器和電機現代化的配套，也許能夠使化工廠(chǎng)每年節約數百萬(wàn)美元。
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中的功能價(jià)值大大增加。由于連續的數據采集所提供數字化監測以及可實(shí)現的預防性維護，使過(guò)程控制更加精細。例如，我們現在可以?xún)H通過(guò)變頻器數據判定泵的健康狀況，譬如是否臟污或堵塞。數字監測功能會(huì )在發(fā)生更大問(wèn)題或意外故障之前通知電機和泵開(kāi)始加速或減速，從而清潔葉輪。變頻器可以執行和管理的其他智能功能包括軟管填充、汽蝕監測、無(wú)傳感器流量計算、多泵控制、液位控制、干運行保護和泵清潔等程序。利用預防性維護和遠程狀態(tài)監測可以對泵送系統進(jìn)行精細校正，并且可以對任何泵送系統的健康狀況進(jìn)行深入檢查，而無(wú)需在泵的運行位置對泵進(jìn)行實(shí)際檢查。這一點(diǎn)對于數百個(gè)泵分布在工廠(chǎng)中難以靠近的化工行業(yè)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。
