中型泵站節(jié)能改造技術(shù)分析

褚海波

摘要：中型泵站每年提水量大、揚(yáng)程高、能耗大，主機(jī)組的選型和效率極大地影響著運(yùn)行成本，實(shí)際生產(chǎn)中的水泵運(yùn)行偏離最佳工況點(diǎn)，導(dǎo)致水泵不在高效區(qū)間運(yùn)行，造成了電能的大量浪費(fèi);灰口鑄鐵材質(zhì)的葉輪和雙吸環(huán)由于機(jī)械性能不佳，造成容易氣蝕磨損、壽命短、效率低、維修工作量大等缺點(diǎn)。為此根據(jù)運(yùn)行條件的變化，分析了電能浪費(fèi)的原因，提出了采用水泵選型優(yōu)化、改變?nèi)~輪和雙吸環(huán)材質(zhì)并對(duì)其進(jìn)行特殊合金噴涂等辦法解決電能損耗、維修成本大等問題，從而提高了效率、降低能耗、延長水泵使用壽命，節(jié)約了運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：泵站節(jié)能;機(jī)組選型;水泵改造

分類號(hào)：TP2

一、工程概述

三門峽市槐扒黃河提水工程是河南省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，提水工程總規(guī)模從黃河提水流量7m3/s，其中一期工程提水流量3m3/s， 二期工程提水流量4m3/s，分四級(jí)提水，提水總揚(yáng)程359m，輸水干線總長31.17km，渠系建筑物39座，其中泵站4座、主機(jī)組21臺(tái)、沉砂池3座、隧洞7條，渡槽7座，倒虹8座，架空管7座及分水閘、增壓站、分水口等。輸水干線明渠8段共長2180m，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道長17.5km，另建中型調(diào)節(jié)水庫一座。黃河水在含沙量大于50kg/m3時(shí)，或黃河水位低于設(shè)計(jì)最低取水位246m的情況下，渠首泵站無法提水，由水庫調(diào)節(jié)供水，水庫設(shè)增壓站一座，裝機(jī)四臺(tái)。隨著小浪底水庫的運(yùn)行，渠首一級(jí)泵站黃河水位不斷抬高，一級(jí)泵站抽取黃河水，經(jīng)輻流式沉砂池沉沙至水含沙量小于3kg/m3時(shí)送入二級(jí)站。

二、問題的提出

1水位變化影響節(jié)能

槐扒工程渠首一至四級(jí)泵站泵站共有機(jī)組21臺(tái)，總裝機(jī)容量21000kw。一級(jí)站裝機(jī)6臺(tái)，揚(yáng)程70m，單機(jī)流量0.8～1m3/s，二、三、四級(jí)泵站分別裝機(jī)4臺(tái)，揚(yáng)程100米，單機(jī)流量為1m3/s。一級(jí)泵站抽取黃河水，上距三門峽大壩23km，下距小浪底大壩108km，處于小浪底水庫的回水末端。小浪底水庫自2010年運(yùn)行方式發(fā)生變化，非汛期水位維持在260～270之間左右，比最低水位246高出14～24米。黃河正常水位較以前升高10多米，已偏離了原水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)，造成原有水泵運(yùn)行效率降低。

2機(jī)組選型影響節(jié)能

增壓站共四臺(tái)500s35水泵，揚(yáng)程35m、流量2016m?/h，軸功率218kw、轉(zhuǎn)速970轉(zhuǎn)/分，配套電機(jī)型號(hào)為Y2355L，額定功率250kw 、轉(zhuǎn)速990轉(zhuǎn)/分、效率94﹪、額定電壓 380v、額定電流455A，功率因數(shù)0.88、絕緣 F級(jí)。運(yùn)行中，電機(jī)功率達(dá)到260kw以上，出水流量達(dá)到2100 m?/h，電機(jī)處于過負(fù)荷狀態(tài)，電機(jī)溫升較高，8小時(shí)后甚至溫度可達(dá)到110℃以上，處于耗能較高狀況，電機(jī)絕緣老化快，數(shù)次出現(xiàn)電機(jī)燒毀事故。為了降低電機(jī)功率，水泵出廠時(shí)已經(jīng)過一次切削，在使用過程中又經(jīng)三次葉輪切削，電機(jī)運(yùn)行功率有些降低，但是任然不能解決電機(jī)過熱問題，并使水泵效率進(jìn)一步降低。

三、節(jié)能改造

1一級(jí)泵站水泵改造

針對(duì)一級(jí)泵站水位變化大特點(diǎn)，可以采取安裝高壓變頻器和優(yōu)化水泵選型兩種辦法節(jié)能。高壓變頻設(shè)備造價(jià)昂貴，一級(jí)泵站6臺(tái)水泵，6臺(tái)設(shè)備造價(jià)在180至240萬元 ，因此采用了優(yōu)化水泵選型辦法。三臺(tái)水泵更換為流量1 m?/s，揚(yáng)程60m，轉(zhuǎn)速970r/min，軸功率664kw，揚(yáng)程比原水泵減少10m，滑動(dòng)軸承變?yōu)闈L動(dòng)軸承，填料密封變?yōu)闄C(jī)械密封。經(jīng)測試，選擇合適工況水泵后，效率比原工況水泵提升效率8.9%。

2二、三、四級(jí)站水泵節(jié)能改造

水泵參數(shù)不變，每站更換2臺(tái)水泵葉輪為鋼板葉輪、并對(duì)葉輪和口環(huán)進(jìn)行ni60合金噴涂。經(jīng)測試對(duì)比，鋼板焊接葉輪使用壽命較長，抗汽蝕耐磨蝕性好、效率提高2.2%、使用壽命能延長至10000小時(shí)左右、葉片汽蝕磨蝕破壞后可修復(fù)再生使用。

3增壓站水泵機(jī)組改造

針對(duì)增壓站水泵運(yùn)行偏離工況點(diǎn)，電機(jī)處于過負(fù)荷狀態(tài)，且電機(jī)溫升較高，能耗較大情況。更換水泵型號(hào)為SC2000-60，額定流量2000m?/h、揚(yáng)程30m、轉(zhuǎn)速 970轉(zhuǎn)/分、效率85﹪，葉輪為鑄造不銹鋼材質(zhì)，滑動(dòng)軸承變?yōu)闈L動(dòng)軸承，填料密封變?yōu)闄C(jī)械密封。電機(jī)更換為高效電機(jī)，型號(hào)為YE3-355L-6，額定功率250kw、額定電流456A、額定電壓 380v、990轉(zhuǎn)/分、效率95.8﹪、功率因數(shù)0.87、絕緣 F級(jí)。經(jīng)測試，水泵流量為2050 m?/h，電機(jī)運(yùn)行功率為220kw，夏天連續(xù)運(yùn)行最高溫度不超過80℃，解決了電機(jī)過負(fù)荷溫度過高問題，經(jīng)測試機(jī)組效率提高11%。

四、節(jié)能分析

1不同材質(zhì)水泵部件性能對(duì)比

A3鋼板和鑄鐵材料相比，具有良好抗汽蝕耐磨蝕性、良好的機(jī)械加工性能，工藝簡單便于操作，生產(chǎn)成本較為便宜。A3鋼板材料屬于軋制態(tài)，金相組織細(xì)密，沖擊韌性好，耐疲勞，并且這種材料的可焊性和機(jī)加工性能良好，是制造黃河含砂水質(zhì)工況下雙吸離心泵葉輪的較為理想材料。對(duì)葉輪和口環(huán)進(jìn)行ni60合金噴涂，可大大增加其使用壽命。如果灰口鑄鐵葉輪使用壽命按5000小時(shí)計(jì)算，球墨鑄鐵葉輪使用壽命按8000小時(shí)計(jì)算，鋼板焊接葉輪使用壽命按20000小時(shí)計(jì)算，鋼板焊接葉輪的使用壽命是 灰口鑄鐵葉輪的4倍，是球墨鑄鐵葉輪的2.5倍。而鋼板焊接葉輪的造價(jià)僅為灰口鑄鐵葉輪造價(jià)的1.4-1.5倍，是球墨鑄鐵葉輪造價(jià)的1.3-1.4倍，鋼板焊接葉輪的修復(fù)成本是其造價(jià)的1/10左右。由此可知，鋼板焊接葉輪性能優(yōu)于球磨鑄鐵葉輪和灰口鑄鐵。

2水泵結(jié)構(gòu)節(jié)能對(duì)比

水泵同為填料密封和滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)下，鋼板葉輪水泵比灰口鑄鐵葉輪水泵能節(jié)能在2.2%左右;機(jī)械密封、滾動(dòng)軸承、不銹鋼鑄造葉輪結(jié)構(gòu)的水泵比填料密封、滑動(dòng)軸承、灰口鑄鐵葉輪結(jié)構(gòu)水泵節(jié)能3.4%左右。

3不同工況水泵節(jié)能對(duì)比

根據(jù)水泵實(shí)際揚(yáng)程的變化，在揚(yáng)程減少較大情況下，切削葉輪只能降低水泵效率。在不改變水泵安裝尺寸情況下，改變水泵參數(shù)，適合變化后的工況點(diǎn)，節(jié)能效果明顯。

4高效電機(jī)與普通電機(jī)節(jié)能對(duì)比

目前泵站在用的低壓電機(jī)效率普遍不超過90%，更換為YE3系列高效節(jié)能電機(jī)后，效率可達(dá)到95%。通過高效節(jié)能電機(jī)改造后，電機(jī)效率提高5%左右。

五、總結(jié)

中型泵站流量大、揚(yáng)程高，電費(fèi)占提水成本比例較大，根據(jù)揚(yáng)程變化調(diào)整水泵參數(shù)，使水泵運(yùn)行靠近工況點(diǎn)，提高效率，節(jié)能效果明顯;通過葉輪和口環(huán)材質(zhì)改造，增加使用壽命，同時(shí)也可以提高效率;更換普通電機(jī)為高效電機(jī)提高效率，降低能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]張雷 . 淺談泵站工程節(jié)能設(shè)計(jì)與優(yōu)化運(yùn)行 [J]. 中小企業(yè)管理與科 技 ，2012（01）.

[2]張杰 . 淺析泵站工程機(jī)電設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施 [J]. 科技致富向 導(dǎo) ，2013（18）.

（河南省三門峽市水資源管理處，河南三門峽? 472000）