循環(huán)水泵電動機在冷備用狀態(tài)下機身溫度異常的分析及處理

潘玉成，曲 杰，徐開峰

(兗礦魯南化工有限公司，山東滕州 277527)

兗礦魯南化工有限公司醋酸生產(chǎn)系統(tǒng)裝置年產(chǎn)量為100萬t，循環(huán)水系統(tǒng)為醋酸生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備——反應釜提供冷卻水。冷卻水的供給強度不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量，還影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為了滿足生產(chǎn)系統(tǒng)冷卻用水的需求，醋酸循環(huán)水系統(tǒng)由4臺循環(huán)水泵供給，單臺循環(huán)水泵的體積流量為6 200 m3/h。由于循環(huán)水泵帶負荷較重，所以要求循環(huán)水泵具有較大的泵體容積和輸出轉(zhuǎn)矩。4臺循環(huán)水泵均由額定電壓等級為6 kV、額定功率為1 400 kW、極數(shù)為10的高壓異步電動機驅(qū)動。

1 循環(huán)水泵電動機的冷卻方式

相同功率的異步電動機，極數(shù)越多，需要的定子槽數(shù)就越多，定子鐵心直徑就越大，電動機的體積和質(zhì)量就越大，實際的鐵損和銅損也越大，導致電動機效率降低，線圈的發(fā)熱量增大，機身溫度升高。當發(fā)熱量與散熱量相等,即達到平衡狀態(tài)時，溫度不再上升；當發(fā)熱量增加或散熱量減少時,平衡被破壞，溫度會繼續(xù)上升，在另一個較高的溫度下達到新的平衡。電動機機身溫度升高時,若沒有及時采取有效措施，可能導致電動機超溫運行，加速線圈絕緣老化速度，降低繞組絕緣等級，大大縮短電動機的使用壽命[1]。

為有效降低循環(huán)水泵電動機發(fā)熱和散熱的平衡溫度，避免造成熱量積聚，循環(huán)水泵電動機采用了IC86W的冷卻方式，即同時具備水冷卻功能和強制風冷卻功能。強制風冷卻功能是在主電動機前后端外部各安裝1臺功率為4 kW的獨立輔助散熱風機電動機，該電動機軸伸端的風扇安裝于主電動機內(nèi)部，輔助散熱風機電動機驅(qū)動主電動機內(nèi)部的風葉旋轉(zhuǎn)，加速主電動機腔體內(nèi)部的空氣循環(huán)流動，加速向水冷器和外部環(huán)境的熱量傳遞。水冷卻功能是冷卻水流入安裝于電動機上部的水冷器吸熱片，吸收電動機內(nèi)部熱量后流出水冷器，水冷功能的重點是對電動機的主要發(fā)熱部位(定子及繞組)進行冷卻，帶走大部分熱量，大大加強電動機的散熱效果[2]。由于水的熱容量遠大于空氣的熱容量，水冷卻是電動機散熱冷卻的主要功能，相比于空氣冷卻，水冷卻的散熱效果可提高10倍以上。

2 主電動機在冷備用狀態(tài)下機身溫度異常的分析

循環(huán)水泵主電動機為6 kV高壓電動機，其一、二次回路位于高壓開關(guān)站內(nèi)；2臺輔助散熱風機電動機為380 V低壓電動機，其一、二次回路位于現(xiàn)場控制箱內(nèi)。輔助散熱風機電動機控制原理見圖2。按下箱體上的啟動按鈕SB12，控制回路接通，運行指示燈HR亮，輔助散熱風機電動機運行；按下停止按鈕SB11，控制回路斷開，停止指示燈HG亮，輔助散熱風機電動機停止運行，該回路通過熱繼電器FR對散熱風機電動機進行保護。

圖1 循環(huán)水泵電動機剖面示意圖

FU—熔斷器；KM—接觸器。

主電動機的控制回路位于高壓配電所內(nèi)的開關(guān)柜內(nèi)，操作柱安裝于輔助散熱風機電動機控制箱附近，操作柱上的啟動按鈕和停止按鈕均為常開觸點，按下操作柱啟動按鈕SB22，合閘回路接通，雙位置繼電器合閘線圈得電，主觸頭閉合，主電動機運行；按下SB21，分閘回路接通，雙位置繼電器HHJ分閘線圈得電，主觸頭分閘，主電動機停車(見圖3)。

SA—轉(zhuǎn)換開關(guān)；SB21—停止按鈕；SB22—啟動按鈕；YHJ—遙控合閘繼電器；YTJ—遙控跳閘繼電器；HBJ—合閘保護繼電器；TBJ—跳閘保護繼電器；YC—合閘線圈；HHJ—雙位置繼電器；S8、S9—斷路器內(nèi)部觸點。

因為主電動機和輔助散熱風機電動機的電源和啟?？刂品绞讲煌灾麟妱訖C的啟停操作和輔助散熱風機電動機的啟停操作是獨立的。在循環(huán)水泵電動機啟停時，主電動機與輔助散熱風機電動機必須按照正確的操作順序進行啟動和停止。按照設(shè)備運行操作規(guī)程規(guī)定，循環(huán)水泵的啟動順序為：主電動機啟動之前先啟動輔助散熱風機電動機，待輔助散熱風機電動機運行穩(wěn)定后，再啟動主電動機。循環(huán)水泵的停止順序為：先停主電動機，待停止運行之后，再停止輔助散熱風機電動機。

循環(huán)水泵泵房環(huán)境溫度約為35 ℃，電動機在正常運行時，主電動機機身溫度保持在65 ℃，溫度正常。因工藝需要，對其中1臺循環(huán)水泵電動機停車，轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗，在電動機停止運行8 h后，主電動機機身溫度即可降低至環(huán)境溫度。然而實際情況為在主電動機停運7 d后，測量機身溫度為60 ℃，略低于運行狀態(tài)下的溫度，未降低至環(huán)境實際溫度，即主電動機在冷備用狀態(tài)下的機身溫度偏高。經(jīng)分析，產(chǎn)熱和散熱存在異常。

檢查發(fā)現(xiàn)，主電動機停止運行后，現(xiàn)場操作人員立即將水冷器進出口閥門關(guān)閉。冷卻水切斷后，主電動機線圈產(chǎn)生的熱量未能被及時帶走，切斷了熱量散發(fā)的主要途徑；同時，主電動機雖然停運，但是輔助散熱風機電動機卻未停止。輔助散熱風機電動機在運行時也會產(chǎn)生熱量，所產(chǎn)生的熱量和主電動機殘余熱量疊加后無法通過水冷器有效地傳遞出去，只能通過電動機外殼與外界環(huán)境進行熱量交換，大大降低了熱量散發(fā)效率。在這種情況下，輔助散熱風機電動機產(chǎn)生的熱量和與外界散發(fā)的熱量達到一種平衡狀態(tài)，即在循環(huán)水泵電動機機身溫度為60 ℃時，達到產(chǎn)熱和散熱平衡，致使循環(huán)水泵電動機機身溫度保持在較高水平。

導致循環(huán)水泵電動機機身溫度居高不下的原因有以下2點：(1)輔助散熱風機電動機仍在連續(xù)不斷地產(chǎn)生熱量，熱源未消除；(2)水冷器進出水閥門關(guān)閉，熱量的散發(fā)路徑被阻斷，無法有效散熱。所以，只要解決以上2個原因，就可以解決循環(huán)水泵電動機機身溫度在冷備用狀態(tài)下異常的現(xiàn)象[3-4]。

3 處理措施

(1) 消除熱源。采取技術(shù)措施，增加控制回路電氣聯(lián)鎖功能，實現(xiàn)在主電動機停止運行的同時，輔助散熱風機電動機自動停止運行。主電動機操作柱和輔助散熱風機電動機控制箱都安裝于現(xiàn)場，且位置較近，對輔助散熱風機電動機控制回路進行改造，見圖4。

QF1—小空開；KA—中間繼電器。

主電動機通過現(xiàn)場操作柱進行啟停控制，停止按鈕為常開單觸點，將其替換為常開雙觸點按鈕，即SB21為停止按鈕新增的1組常開觸點，該常開觸點通過控制電纜引至輔助散熱風機電動機控制箱內(nèi)，通過中間繼電器KA，實現(xiàn)主電動機和輔助散熱風機電動機的聯(lián)鎖停車功能。按下操作柱停止按鈕SB21，控制回路接收到停止信號，主電動機停止運行;同時，輔助散熱風機電動機控制箱內(nèi)的中間繼電器KA線圈得電，其常閉點KA斷開，接觸器KM釋放，輔助散熱風機電動機也停止運行。

通過電氣聯(lián)鎖功能，實現(xiàn)了主電動機和輔助散熱風機電動機同時停車的功能，即主電動機停止運行后，輔助散熱風機電動機也停止運行，輔助散熱風機電動機線圈不再產(chǎn)生熱量，消除了熱源。

(2) 保持水冷器進出口水閥門開啟，并加快冷卻水流速。在水冷器進出口水閥門上懸掛“禁動”標識牌，修改操作規(guī)程，執(zhí)行閥門操作記錄制度，提醒操作人員在閥門操作時，保證冷卻水的暢通，進行有效散熱。

4 結(jié)語

采取上述2項處理措施后，循環(huán)水泵電動機在冷備用狀態(tài)下，機身溫度達到室溫。通過改造，不僅解決了因操作人員遺忘操作步驟，造成輔助散熱風機電動機持續(xù)運行，進而降低了循環(huán)水泵電動機冷備用狀態(tài)下機身溫度異常的問題，而且還降低了輔助散熱風機電動機因長期運行產(chǎn)生不必要的用電量浪費，節(jié)省了電費。同時，根據(jù)溫度與壽命的關(guān)系，電動機繞組溫度每降低8 K，其使用壽命可延長50%，大大降低了設(shè)備折損率，保證了循環(huán)水泵電動機的長周期安全穩(wěn)定運行。