機泵工作點在高效工作區(qū)內(nèi)運轉(zhuǎn)的判定

周金偉

（陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西榆林 719000）

0 引言

當前，工業(yè)發(fā)展的外部環(huán)境和內(nèi)在動力都正在發(fā)生重大的結構性變化，在嚴峻的市場環(huán)境中，提高生產(chǎn)設備的可利用率和可靠性指標，已成為企業(yè)提高競爭力和持續(xù)健康發(fā)展的重要工具。從糾正性維修到預防性維護，觀念轉(zhuǎn)變，真正實現(xiàn)設備可靠性管理。設備可靠、技術先進、降低消耗，使設備管理的經(jīng)濟效益最大化。

陜西延長石油榆林煤化有限公司（簡稱“榆林煤化”）是陜西延長石油（集團）有限責任公司旗下的一家集煤、油、氣、化、電綜合轉(zhuǎn)化利用的大型能源化工企業(yè)。2009年注冊成立，注冊資金40.5億元人民幣，位于榆林市榆橫工業(yè)園區(qū)。主要從事甲醇、醋酸、油品等煤化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和銷售，并受集團公司委托管理延長石油榆神能源公司和延長益業(yè)籌建處。截至2016年，榆林煤化公司資產(chǎn)總額為47.56億元人民幣，從業(yè)人員1089人。

公司年產(chǎn)20萬t甲醇，20萬t醋酸項目，于2011年4月建成投產(chǎn)，2012年1月轉(zhuǎn)入生產(chǎn)經(jīng)營，同年建成年產(chǎn)5萬t的CO2提純裝置，2014年經(jīng)升級改造，醋酸年產(chǎn)能達到30萬t，甲醇產(chǎn)能達到25萬t，2015建成年合成氣制油15萬t示范裝置。公司目前還有多個正在建設和規(guī)劃論證的項目，已成為延長石油集團在煤化工領域的重要投資窗口。榆林煤化公司將形成以榆神、榆橫兩大園區(qū)為產(chǎn)業(yè)載體，年轉(zhuǎn)化煤炭3000萬t以上、利稅156億元人民幣的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模，成為延長石油集團重要的利潤增長點和多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的示范基地。

由于裝置已運行多年，就泵類設備而言，不免也存在各種問題。反映在設備上，具體表現(xiàn)為振動、噪聲大，或機泵出口閥限量，設備管線沖刷大。為此，對泵類設備（機泵本身、工藝管道）能量進行核算，盡量使機泵處在高效工作區(qū)內(nèi)或者接近高效工作區(qū)的相應工作點，從而獲取最大經(jīng)濟效益。

1 機泵工作點與高效工作區(qū)

在離心泵和管路等組成的系統(tǒng)中，管道所消耗的能量一般等于泵所提供的壓力能，二者保持能量供求的平衡關系。在無泄漏的情況下，管道的流量一般就是泵的排量，泵的實際總揚程就是管道所需要的總能頭。泵和管道系統(tǒng)的工作點是指在壓力供需平衡條件下，管道流量與泵入口與出口壓力等參數(shù)之間的關系，即泵的能量與工藝管道所需能量相適應[1]。

離心泵的特性曲線表明泵的揚程、功率、效率、汽蝕余量與流量之間的關系，其中效率與流量曲線表明，隨著流量的增加，泵的效率有個最高點，即最高效率點，該點相對應的工況為額定工況，即額定流量、額定揚程、額定功率，就是指泵的設計工況。通常規(guī)定，對應最高效率點以下7%的區(qū)域為高效工作區(qū)[1]。

設備管理目標是即要安全平穩(wěn)長周期運行，同時還要挖掘設備潛力，使設備效益最大化。機泵要盡量在高效工作區(qū)內(nèi)工作，即機泵的工作點要落在高效工作區(qū)內(nèi)，這樣才能使機泵效率最大，消耗最小。

2 機泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)運轉(zhuǎn)簡單判定方法

從機泵特性質(zhì)曲線上確定，最高效率點以下7%的區(qū)域為高效工作區(qū)，對應的流量、揚程、功率范圍，確定機泵正常工作時其運行參數(shù)是否在這范圍之內(nèi)。功率是個綜合因素，只要揚程、流量滿足工藝要求，功率處在高效工作區(qū)內(nèi)或接近高效工作區(qū)，就可以認定機泵在高效工作區(qū)內(nèi)運行。由于裝置正常生產(chǎn)，不可能將每臺泵在正常操作條件下輸送物料時的性能曲線畫出來確定泵的高效工作區(qū)，只能粗略進行判斷。

為此，可依據(jù)機泵在正常運轉(zhuǎn)過程中總能量守恒的規(guī)律簡單判斷，即電機輸出功率等于電機及泵的總耗功率。通過電流可算出電機輸出功率，大致可以認為是機泵正常工作時功率（因為電機輸出功率包括泵的有效功率和電機與泵的損失功率，損失功率在此可忽略），看此功率是否處于機泵高效工作區(qū)內(nèi)，即可判定機泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)工作。

所以，可得出判定機泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)運轉(zhuǎn)的簡單方法：運轉(zhuǎn)時電機功率是否在7%到 W額區(qū)間或接近該區(qū)間。W額就是機泵鉻牌上的功率，也是機泵性能曲線效率最高點時所對應的功率。銘牌額定功率是以常溫下清水為試驗介質(zhì)獲得的數(shù)據(jù)，實際軸功率為介質(zhì)密度與水密度之比乘以水運功率[2]。

經(jīng)過核算，發(fā)現(xiàn)大部分機泵運轉(zhuǎn)時，都在這個高效區(qū)間以下工作，這是裝置能耗比較大的根本原因。如果離高效工作區(qū)遠，就要考慮對泵或管線系統(tǒng)修正。對泵則有葉輪切割、增加變頻等措施。對管道，則應找出能量損失比較大的部位改進，增加或減少管件數(shù)量。如果離高效工作區(qū)近，建議調(diào)整生產(chǎn)操作工藝，如采用增大或減少流量的方法等。

3 機泵工作點失調(diào)現(xiàn)象及處理

泵和管道組成固定系統(tǒng)后（無泄漏狀態(tài)），在壓力供需平衡條件下，工作點是指管道流量與泵入口與出口壓力等參數(shù)之間的關系，即泵的能量與工藝管道所需能量相適應。但在實際操作中，尤其裝置經(jīng)過工藝改造完后（例如：隱患治理改造、換熱流程優(yōu)化改造、完善項目改造、擴能改造等），由于沒有整體統(tǒng)一設計，泵的能量與工藝管道所需能量不相符，甚至二者相差很多，有的泵的能量比管道所需能量小，有的則大。

3.1 泵的輸出能量小于管道所需能量現(xiàn)象的處理

一般泵的輸出能量比管道所需能量小的情況，現(xiàn)象是電機輸出功率大、電流高或機體熱，經(jīng)常發(fā)生電機偷停、跳閘現(xiàn)象；對于設備管線則伴有管線振動現(xiàn)象；有此類現(xiàn)象可懷疑泵的揚程、流量滿足不了工藝要求。對此，可更換新泵或整體更換泵機組，通常可解決泵的輸出能量比管道所需能量小的問題。

3.2 泵的輸出能量比管道所需能量大的現(xiàn)象及處理

泵的輸出能量比管道所需能量大的情況，即泵的能量有剩余，現(xiàn)象是設備振動大，振動超標，噪聲大。由于機泵出口閥限量，物料流過節(jié)流閥時經(jīng)常有摩擦產(chǎn)生的尖銳噪聲，設備管線沖刷大。針對此類情況，可對相關泵組設備（機泵本身、工藝管道）進行能量核算，加以整改，如葉輪切削或增加變頻設備。

4 泵節(jié)能改造實例

4.1 數(shù)據(jù)采集

（1）機泵技術資料數(shù)據(jù)。以型號250AYsⅡ-210泵為例，軸功率442 kW，流量650 m3/h；轉(zhuǎn)速2950 r/min，揚程180 m，葉輪外徑383 mm，允許汽蝕余量6.5 mm。

（2）電機資料數(shù)據(jù)。電機型號YB560-2，功率500 kW，頻率50 Hz，電壓 6000 V，轉(zhuǎn)速 2979 r/min，功率因數(shù) 0.8～0.89，電流56.9 A，工作電流32 A，重量4552 kg。

（3）葉輪切割前操作數(shù)據(jù)。入口壓力 0.4 MPa，出口壓力2.62 MPa，每班泵送量2670 t，電流32 A，輸送介質(zhì)密度（100 ℃），800 kg/m3。

4.2 切割后效果及是否在高效工作區(qū)運轉(zhuǎn)判定

（1）切割后效果。經(jīng)分析后，決定分2步對泵進行切割。第一步在葉輪直徑方向切27 mm，第二步在第一步基礎上再切15 mm，共切42 mm。P101原油泵葉輪切割27 mm后，葉輪直徑由383 mm減為356 mm（現(xiàn)場實測）。機泵切割前后工況參數(shù)對比，出口壓力切割前2.63 MPa，切割后2.3 MPa，流量切割后前后沒有明顯變化。切割前，軸承前/后振動值19.6/12.3（mm/s2)，切割后，軸承前/后振動值4.4/3.7 mm/s2，切割前/后電機電流32/28 A。切割后，機泵工況得到改善，機泵振動明顯減輕，電機運轉(zhuǎn)電流明顯降低，實現(xiàn)了裝置節(jié)能降耗。

（2）是否在高效工作區(qū)運轉(zhuǎn)判定。泵額定功率是以常溫清水為試驗介質(zhì)獲得的，實際軸功率為介質(zhì)密度與水密度之比乘以水運功率[2]。以密度800 kg/m3（100℃下）的輸送介質(zhì)為例，額定軸功率W額=442×0.8=353 kW。

切削后的額定功率 W2根據(jù)（W額/W2）=（D1/D2）3計算，即（353/W2）=（383/356）3，得 W2=280 kW，D1，D2是切削前后葉輪直徑，而工作區(qū)下線功率=280-280×0.07=260 kW。因此，機泵正常工作時功率259 kW接近于高效工作區(qū)［260 kW，280 kW］，可以認為該泵在高效工作區(qū)內(nèi)工作。同時，建議調(diào)整泵送量，按上限控制，這樣泵的工作點就落在高效工作區(qū)內(nèi)，有利提高泵的效率。

（3）估算電機節(jié)能。減少使用電機功率37 kW，每天可節(jié)電888 kW·h，工業(yè)用電每kW·h按0.6元人民幣計算，每天節(jié)電折合人民幣532.8元。

5 結束語

找出瓶頸，重點突破。通過對裝置泵設備進行能量核算，不僅可模清泵設備的能耗情況，而且可以有針對性地制訂裝置節(jié)能降耗措施。

［1］姬忠安，鄧志安，趙會軍.泵和壓縮機［M］2008.

［2］滕征陽.技術資料之性能曲線［R］.沈陽：沈陽石電水泵制造廠，2004.