離心泵節(jié)能潛力判定及措施優(yōu)選

蘇磊?。ù髴c油田有限責任公司儲運銷售分公司）

離心泵節(jié)能潛力判定及措施優(yōu)選

蘇磊（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司）

針對眾多離心泵節(jié)能措施，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，提出了離心泵節(jié)能措施優(yōu)選原則，并舉例說明了如何根據(jù)生產(chǎn)工況，對車削葉輪直徑、變頻調(diào)速、更換高效泵等節(jié)能措施潛力進行量化判定；如何根據(jù)量化結(jié)果優(yōu)選最佳節(jié)能措施。指出在當前形勢下，離心泵節(jié)能潛力判定方法對進一步精細生產(chǎn)運行、提升油田降本增效技術(shù)管理水平具有重要意義。

離心泵；節(jié)能潛力；量化計算；措施優(yōu)選

離心泵屬于流體機械，在油田原油儲運、調(diào)配上應用十分廣泛，是不可缺少的運行設(shè)備。儲運銷售公司每年消耗在這類泵上的電能占很大比例。因此，提高離心泵運行效率是企業(yè)降本增效重要舉措之一。

1　離心泵節(jié)能潛力判定

離心泵節(jié)能主要是減少因離心泵與管路的相互調(diào)節(jié)和輸送工況變化導致的無效能源消耗。判定離心泵是否具有節(jié)能潛力，需以理論計算值為依據(jù)，結(jié)合實際測量數(shù)據(jù)進行修正。

1.1車削葉輪直徑

由車削定律可知，Q/Q′=（D/D′）；H/H′=（D/D′）2；N/N′=（D/D′）3。其中：H（H′）、Q（Q′）、N（N′）、D（D′）為車削前（后）離心泵揚程、流量、功率和直徑。對低比轉(zhuǎn)速ns＜60的多級泵，切割時一般只切割葉片而仍保留前后蓋板；對高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵，則應當把前后蓋板切成不同的直徑，使流動更加平衡[1]。

1.2減少葉輪級數(shù)

多級離心泵的總揚程為葉輪級數(shù)和單級葉輪揚程的乘積，總功率為葉輪級數(shù)和單級葉輪功率的乘積。當多級離心泵揚程過高時，可以適當減少葉輪級數(shù)，滿足生產(chǎn)實際需要。計算方法與車削葉輪直徑的方法相同。

1.3變頻調(diào)速

由流體力學比例定律可知，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。因為三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速與電動機的輸入頻率成正比，通過改變運行頻率即可改變轉(zhuǎn)速。按照生產(chǎn)要求的流量和揚程進行調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)節(jié)能。

1.4根據(jù)流量揚程變化更換高效泵

對于流量相對穩(wěn)定的離心泵，合理選型可保證泵在高效點運行，流量可不留余量或少留余量；揚程若能精確給出也不必留余量。若流量變化幅度較大且頻繁時，合理選型的重點是Q—H曲線和Q—η曲線在參數(shù)變化范圍內(nèi)是否平坦。

2　節(jié)能措施優(yōu)選原則

對于輸送介質(zhì)流量、揚程變化固定的離心泵，根據(jù)切削定律，擬合工況變化后的泵性能曲線，對比調(diào)整后的泵效率。經(jīng)過經(jīng)濟對比后，對于流量變化大的可采取車削葉輪直徑；對于揚程變化大的可采取減少葉輪級數(shù)；對于流量和揚程變化都大的可采取更換離心泵的方式。更換的離心泵可根據(jù)變化后的參數(shù)，重新選擇相適應的泵型，泵可以利舊或新建。

對于輸送介質(zhì)流量、揚程變化不固定的離心泵，根據(jù)一般變頻調(diào)速范圍（70%～90%），再按照介質(zhì)流量、揚程變化范圍選擇相匹配的泵及配套變頻控制系統(tǒng)。

3　節(jié)能措施選擇及應用

例如2014年，A油庫2臺250D60×5輸油泵（Q=450 m3/h、H=300 m、P=630 kW），由于工藝調(diào)整，計算泵需工況為：Q=420 m3/h，H=250 m；而實測泵工況為：Q=526 m/h，H=283 m，P=550 kW。按照節(jié)能措施優(yōu)化原則，對該泵進行了減少葉輪級數(shù)、更換離心泵的節(jié)能措施量化計算對比。為驗證根據(jù)生產(chǎn)應用總結(jié)出來的節(jié)能優(yōu)選原則，增加了變頻調(diào)速方案對比。

3.1減少葉輪級數(shù)

在250D60×5型輸油泵的特性曲線圖上作出減級后的泵特性曲線H′—Q′（圖1）按照H′=H1+（H-H1）Q′2/Q2，計算得到工況條件下的管網(wǎng)特性關(guān)系式為H=250+23Q2/4352。由作出的曲線圖可知，減級后工況點M′對應的Q′=385 m3/h、H′=265 m，減級前后的泵運行效率η=72%、η′=75%，對應計算工況點的運行效率為η′=76.4%，減級后泵的軸功率減少了一級，電動機負荷相應減少；但由于電動機運行效率的降低值與泵運行效率的提高值相比數(shù)值較小[2]，因而在作分析對比時，為提高效率，暫不考慮。由泵功率計算公式P=2.72HQ/η可知，減級后的全年節(jié)電量A=27.27×104kWh。

3.2更換離心泵

根據(jù)實際需求工況，選取KDY435-65×4型輸油泵（Q=435 m3/h、H=260 m、P=450 kW），由泵功率計算公式可知，更換離心泵后全年節(jié)電量A= 41.38×104kWh。

3.3變頻調(diào)速

根據(jù)比例律(Qc/QM)2=Hc/HM，再結(jié)合Hc=（HM/以及考慮變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%，最好處于75%～100%的因素，繪制曲線AB，求得泵需工況點Q=413 m3/h、H=260 m、ηc= 76%。變頻后全年節(jié)電量A=24.17×104kWh。

圖1　250D60×5型輸油泵的特性曲線

3.4方案對比

表1　三種節(jié)能措施方案對比

由表1可以看出，更換離心泵后由于新泵效率高于原泵，節(jié)電效果優(yōu)于減少葉輪級數(shù)和變頻調(diào)速，年節(jié)電費用差分別為9.31萬元、11.36萬元（電費按0.66元/kWh計算）。按照節(jié)能有效回收期3年計算，更換離心泵的方案效益最好，所以選取了更換離心泵的節(jié)能措施。2014年實施后，2015年實現(xiàn)年節(jié)電39.33×104kWh，略少于預計節(jié)電量，分析是由于電動機效率及運行時率的原因。

4　結(jié)論

通過對泵節(jié)電措施節(jié)電效果的量化對比，可以根據(jù)實際情況進行節(jié)能技術(shù)優(yōu)選，實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)改造效益最大化，還可以有效判定是否需要對泵進行節(jié)能技術(shù)改造，進一步提升石油企業(yè)節(jié)能技術(shù)管理水平。

[1]黃永謀.離心泵的節(jié)能措施與應用[J].石油化工自動化, 2011（4）:73-75.

[2]楊濟川,謝庭驥.對離心泵減級和切削葉輪節(jié)能的探討[J].煤礦機械,1986（4）:22-25.

（編輯李發(fā)榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.020

蘇磊，2013年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學院（計算機科學與技術(shù)專業(yè)），從事油田地面工程工作，E-mail：651442129@qq.com，地址：黑龍江省大慶市儲運銷售分公司保障大隊，163410。

2016-01-22