循環(huán)水泵改造與工藝優(yōu)化

鄧克林

（蘭州石化分公司化肥廠，甘肅蘭州730060）

循環(huán)水泵改造與工藝優(yōu)化

鄧克林

（蘭州石化分公司化肥廠，甘肅蘭州730060）

通過對某丙烯酸水場循環(huán)水泵運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)查，找到了循環(huán)水泵效率不高是由于泵電機(jī)選型偏小，操作不穩(wěn)是由于電機(jī)定子溫度高風(fēng)機(jī)冷卻量不足，采取葉輪切割和電機(jī)增加冷卻風(fēng)機(jī)等改造措施后，優(yōu)化了泵運(yùn)行條件，在此基礎(chǔ)上通過調(diào)查水場用戶循環(huán)水用量和揚(yáng)程，論證了停開一臺水泵工藝的可行性，敘述了實施后的節(jié)能、操作和工藝方面的效果。

循環(huán)水場；改造；工藝優(yōu)化；效果

某丙烯酸循環(huán)水場有四臺大功率循環(huán)水泵，設(shè)計為3開1備，主要擔(dān)負(fù)著丙烯酸主裝置循環(huán)冷卻水的供應(yīng)任務(wù)，由于設(shè)備大、泵出廠時沒有做臺架實驗，投用后發(fā)現(xiàn)出口閥開度只能開到25%，再開大出口閥門，電機(jī)實際功率就會超過額定功率，長時間運(yùn)行電機(jī)定子溫度將超標(biāo)造成連鎖停車。

在出口閥開度25%情況下，3開1備符合原工藝設(shè)計條件，能夠滿足丙烯酸裝置循環(huán)水供水需求，但水泵一直在小流量高揚(yáng)程工況下工作，出口閥能量損失嚴(yán)重，常年多開一臺1 000 kW水泵造成巨大的能源浪費。

同時水泵在這種極低的運(yùn)行效率下，電機(jī)長時間滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)溫度居高不下，嚴(yán)重威脅著生產(chǎn)。因此，需要調(diào)整泵的運(yùn)行區(qū)間，降低電機(jī)的定子溫度，優(yōu)化循環(huán)水場操作工藝，改變“小馬拉大車”的運(yùn)行狀態(tài)。

1　技術(shù)方案

1.1改變泵的運(yùn)行狀態(tài)

1.1.1改造前循換水泵運(yùn)行狀況分析循環(huán)水泵型號為800HR，生產(chǎn)廠家為上海凱泉，切削前三臺水泵同時運(yùn)行，出口閥開度25%，循環(huán)水泵原始設(shè)計參數(shù)（見表1）。

表1　循環(huán)水泵原始設(shè)計參數(shù)

經(jīng)現(xiàn)場和DCS實測，泵的出口壓力為6.3 kg/cm2，Q運(yùn)行=3 200 m3/h，I運(yùn)行=109 A。再開出口閥I運(yùn)行最大= 124 A～126 A最大電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流。

與實際運(yùn)行參數(shù)對比，水泵的設(shè)計偏于保守，在實際運(yùn)行中出現(xiàn)水泵揚(yáng)程和流量的富裕，水泵選型揚(yáng)程過高、電機(jī)選型偏小，800HR型水泵實際配帶功率僅為1 000 kW，致使出現(xiàn)電機(jī)電流超載。在實際操作中為避免電機(jī)過載連鎖停車，在不更換水泵或電機(jī)的情況下，通過關(guān)小出口閥，人為增加管路阻力消耗多余揚(yáng)程，降低水泵運(yùn)行電流，確保水泵可以正常運(yùn)行，如此一來增加了水泵運(yùn)行能耗。

1.1.2改造方案的優(yōu)化與實施為了解決以上問題，可供選擇的方案有更換電機(jī)、更換水泵、葉輪切削和變頻調(diào)速等方案，水泵優(yōu)化方案情況對比（見表2）。

表2　水泵優(yōu)化方案情況對比

通過正交對比發(fā)現(xiàn)，更換電機(jī)、更換水泵和變頻調(diào)速方案實施，存在投資大、經(jīng)濟(jì)性差等問題，而切削水泵葉輪投資最少，運(yùn)行效率較高，改造實施難度低，運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長，因此決定采取切削葉輪的方式進(jìn)行改造。

由于該泵屬于中轉(zhuǎn)數(shù)泵，適用于離心泵第一切削定理，切削量按以下公式計算：

其中：D1為葉輪原直徑920 mm，P1過載時電機(jī)最大輸出功率，為1 120 kW，P2不過載時電機(jī)最大輸出功率，為980 kW。

通過轉(zhuǎn)速比對比可知切削量在允許范圍內(nèi)［1］?？紤]到切削后水泵流量的調(diào)節(jié)，切削量可以控制在35 mm～40 mm，最終切削量定為40 mm。

1.2增加電機(jī)風(fēng)機(jī)以降低泵定子溫度

循環(huán)水泵為保護(hù)電機(jī)原設(shè)計了一臺4 kW冷卻風(fēng)扇，并配備單獨電機(jī)驅(qū)動，絕緣等級為F級155℃。電機(jī)定子溫度設(shè)置了六個聯(lián)鎖點，當(dāng)任何一點溫度超過145℃，泵即聯(lián)鎖停車，循環(huán)水泵聯(lián)鎖報警值設(shè)定（見表3）。

表3　循環(huán)水泵聯(lián)鎖報警值

水泵電機(jī)長期滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)定子溫度居高不下，在冬季也曾經(jīng)出現(xiàn)過聯(lián)鎖保護(hù)跳閘事件，夏季午后機(jī)殼經(jīng)過陽光一天的暴曬，散熱效果變差，定子溫度容易出現(xiàn)溫度升高造成報警和聯(lián)鎖停車，尤其是在氣溫超過30℃的極端情況下，頻繁跳閘。

為防止定子溫度高而聯(lián)鎖停機(jī)，采取了在原冷卻風(fēng)扇的對側(cè)，增加了一臺冷卻風(fēng)扇，同時也單獨配備一臺功率為4 kW的電機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇。這樣，電機(jī)就由單風(fēng)扇變?yōu)殡p風(fēng)扇冷卻。實際改造后電機(jī)效果大大提高，定子溫度下降了30℃～40℃，即使在今年夏季35℃高溫條件下，定子溫度也僅為113℃，增加電機(jī)風(fēng)扇前后定子溫度情況（見表4）。

表4　增加電機(jī)風(fēng)扇前后后定子溫度情況

1.3優(yōu)化循環(huán)水場運(yùn)行工藝

該循環(huán)水場設(shè)計能力為10 000 m3/h～12 000 m3/h，循環(huán)冷卻水主要供給丙烯酸裝置、丁酯裝置和甲乙酯裝置，以及空壓站等公用工程裝置，其中丁酯裝置和甲乙酯裝置相互切換生產(chǎn)。實際上原設(shè)計達(dá)不到設(shè)計能力，循環(huán)水水量分配（見表5）。

表5　循環(huán)水分配表

實際上在切削前經(jīng)現(xiàn)場和DCS實測，每臺水泵在開度只有25%情況下流量只有3 200 m3/h，3開1備工藝總量9 600 m3/h能夠滿足裝置的用水需求，而采取2開2備工藝總量6 400 m3/h，無法滿足生產(chǎn)需求。

經(jīng)過葉輪切削改造后，單臺水泵的流量能夠達(dá)到4 700 m3/h左右，切削葉輪后循環(huán)水泵運(yùn)行參數(shù)（見表6）。

表6　切削葉輪后循環(huán)水泵運(yùn)行參數(shù)

與葉輪切削前相比，電機(jī)運(yùn)行電流得到了降低，在滿足系統(tǒng)揚(yáng)程要求的前提下提供了更大的流量，兩臺水泵出口閥全開就可以提供的流量為9 400 m3/h。

但是此時泵揚(yáng)程降低，出口閥全開狀態(tài)下必須考慮管路損失，而丙烯酸主框架高達(dá)25 m，這就要求對循環(huán)水的操作工藝進(jìn)行調(diào)整，以同時滿足流量和壓力兩個工藝參數(shù)［2］。

流量方面，由于丁酯和甲乙酯裝置互為切換生產(chǎn)，因此在實際操作過程中，可以盡量關(guān)小停用裝置的進(jìn)口總閥以減少用水量，用縮減的用水量來滿足用戶管路調(diào)節(jié)壓力的需要。

壓力方面，可以通過關(guān)小循環(huán)水裝置回水總閥來提高循環(huán)水裝置供水壓力，即循環(huán)水泵的出口壓力實現(xiàn)。

通過以上工藝調(diào)整，整個循環(huán)水系統(tǒng)工藝平穩(wěn)，丙烯酸主框架四層25 m高處20臺換熱器冷卻介質(zhì)充足，換熱效果良好，工藝優(yōu)化后循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)鍵點壓力情況（見表7）。

通過關(guān)小停用裝置的進(jìn)口閥和關(guān)小循環(huán)水裝置回水總閥的工藝操作優(yōu)化，增強(qiáng)了少開一臺水泵的條件下循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

表7　工藝優(yōu)化后循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)鍵點壓力情況

2　改造后的效果

改造項目逐步實施后，通過近1年的觀察，循環(huán)水泵2開2備工藝運(yùn)行平穩(wěn)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證了丙烯酸主裝置的循環(huán)水供應(yīng)，達(dá)到了優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗的技術(shù)改造的目的。

2.1節(jié)能效益

由于丙烯酸主裝置生產(chǎn)工藝的特殊性，該設(shè)備為長周期運(yùn)行設(shè)備，若按每天運(yùn)行24 h計算，每臺水泵每年的耗電量用M1表示，則由于少開一臺水泵可以節(jié)約電量M1：

蘭州地區(qū)工業(yè)用電目前約為0.63元/度，一年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益M2：

2.2設(shè)備的可靠性

通過切削葉輪改善了泵的運(yùn)行狀態(tài)，通過增加風(fēng)扇降低了電機(jī)定子溫度，使得循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行得到保證，目前循環(huán)水泵電機(jī)定子溫度聯(lián)鎖已經(jīng)申請解除。

2臺水泵停用方便了設(shè)備檢查和檢修，2臺水泵輪換檢修，始終有一臺泵處于備用狀態(tài)，即使必須安排在大檢修期間的設(shè)備大修，也可在安排在開工期間，保證了大修的質(zhì)量和效率。

2.3工藝操作的優(yōu)化

通過調(diào)整丁酯裝置和甲乙酯裝置切換生產(chǎn)過程的用水量和調(diào)節(jié)循環(huán)水進(jìn)口總管壓力，進(jìn)一步擴(kuò)充了2開2備水泵運(yùn)行循環(huán)水生產(chǎn)能力，使供水量和供水壓力得到了保證，且有一定的操作空間，增加了機(jī)泵操作抗風(fēng)險的強(qiáng)度。

同時循環(huán)水保水量的穩(wěn)定，對于水質(zhì)調(diào)節(jié)和水量損耗都有益處。

3　結(jié)語

循環(huán)水水場是生產(chǎn)裝置的公用工程配套單元，其大型水泵往往是整個裝置的關(guān)鍵設(shè)備，由于設(shè)計選型、采購施工等環(huán)節(jié)的失誤，往往開車后會出現(xiàn)運(yùn)行偏差，造成操作困難和能源浪費，需要不斷從現(xiàn)場實際入手進(jìn)行技術(shù)改造，完善設(shè)備、優(yōu)化工藝，才能夠最大化地利用資源，達(dá)到效益最大化。

對于大型的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動設(shè)備，必須設(shè)置自啟動控制系統(tǒng)，以防止異常狀況下由于開啟備用設(shè)備不及時影響裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行［3］。該水場水泵原設(shè)計沒有設(shè)立自啟動控制系統(tǒng)，2開2備水泵運(yùn)行無疑加大了這種風(fēng)險，需要盡快啟動循環(huán)水泵自啟動技改項目。

［1］洪宇，王志斌.離心泵葉輪切削實踐［J］.鈦合金，2005，（6）：19-21.

［2］姚玉英.化工原理［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2002.

［3］厲玉鳴.化工儀表及自動化［M］.蘭州：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

Optimizing operation process of circulating water pump

DENG Kelin
（Fertilizer Factory of Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou Gansu 730060，China）

Based on an circulating water field investigation of circulating water pump running state，find the pump efficiency is not high is due to pump motor selection，small operating instability is due to the stator of high temperature fan cooled motor capacity insufficiency，take the cutting impeller and motor to increase cooling fan modification measures，pump running condition on the basis of optimization，through the investigation of water field user circulating water dosage and lift，proves the feasibility of stop a pump technology，describes the energy saving，operation and process after the implementation of the effect.

circulating water field；transformation；process optimization；effect

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.02.032

TE964

B

1673-5285（2015）02-0117-04

2014－12-19

鄧克林，男（1970-），工程師，1993年畢業(yè)于蘭州化工學(xué)校石油化工專業(yè)，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事生產(chǎn)工藝管理工作，郵箱：dengkelin@petrochina.com.cn。