流體機(jī)械循環(huán)水泵節(jié)降耗改造的有效措施

喬 仲

中國化學(xué)工程第十六建設(shè)有限公司 湖北宜昌 443000

在大工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)系統(tǒng)的能耗占全國用電總量的60%，其中泵類、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和空調(diào)制冷機(jī)的能耗分別占20.9%、10.4%、9.4%和6%。而在泵類系統(tǒng)實施節(jié)能改造后，有的工程出現(xiàn)了不能滿足工況運(yùn)行的問題。因此，有必要認(rèn)真分析改造失敗的成因，以實現(xiàn)降低工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能源消耗的目的。以宜昌南玻光電玻璃有限公司（以下簡稱南玻光電）主冷水泵循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造為例，詳細(xì)闡述實施方案，分析改造中出現(xiàn)的問題。

1 循環(huán)水系統(tǒng)泵改原理

重新設(shè)計新泵并更換舊泵，保證水泵在高效區(qū)運(yùn)行。即對運(yùn)行中的局部阻力過高、水力失衡等現(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化；調(diào)整設(shè)計選型失誤帶來的機(jī)泵本身與系統(tǒng)不匹配，造成泵組運(yùn)行效率下降的問題。

水泵選型參數(shù)是以系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)為基礎(chǔ)，再加上一定裕量構(gòu)成的。由于流體邊界條件的復(fù)雜性，設(shè)備投入運(yùn)行后，必然存在循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配的偏差。水泵的實際運(yùn)行工況與設(shè)計參數(shù)存在較大偏差，導(dǎo)致實際運(yùn)行中水泵裕量偏大或水泵不在其設(shè)計高效區(qū)運(yùn)行，實際運(yùn)行效率只有50%～75%。這種偏差導(dǎo)致水泵偏離最佳工況運(yùn)行，效率低下，大量的能源消耗在循環(huán)水系統(tǒng)的管路阻力及閥門阻力上。

2 主冷水泵循環(huán)水系統(tǒng)技改內(nèi)容

南玻光電主冷水泵循環(huán)水系統(tǒng)包括（1#－3#）SLW250- 400T110kW 上海連成泵業(yè)冷卻水泵3 臺，配Y3- 315S- 4，380V 佳木斯電機(jī)3 臺（圖1）。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)實測技術(shù)參數(shù)，系統(tǒng)實際運(yùn)行嚴(yán)重偏離最佳工況，機(jī)組運(yùn)行效率低，能耗高。

圖1 南玻光電主冷水泵循環(huán)水系統(tǒng)

采用流體輸送高效節(jié)能技術(shù)對檢測資料進(jìn)行系統(tǒng)分析、研究，結(jié)合該系統(tǒng)管路流體力學(xué)特性，設(shè)計本節(jié)能技改方案——通過整改系統(tǒng)存在的不利因素，并、按系統(tǒng)要求的最佳運(yùn)行工況參數(shù)定做高效節(jié)能泵，替換目前處于不利工況、低效率、高能耗運(yùn)行的水泵。使系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行工況下，徹底降低水系統(tǒng)的“無效能耗”，提高輸送效率，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

用量身定做的2 臺高效節(jié)能泵替換（1#、3#）SLW250- 400T 110kW 上海連成泵業(yè)冷卻水泵2 臺并配套電機(jī)。技改后出水閥門應(yīng)全開，主管流量、壓力不低于技改前工況。

3 主冷水系統(tǒng)技改安裝及整改

兩臺節(jié)能水泵安裝完成后，電機(jī)在50Hz 運(yùn)行時，檢測循環(huán)水泵的出口水壓為0.46MPa（設(shè)計0.485MPa），未達(dá)到實際運(yùn)行需求。為此，結(jié)合水泵的安裝情況，分析原因如下：安裝中造成管路阻力過大，以及管網(wǎng)整改、換熱裝置優(yōu)化調(diào)整、改造或擴(kuò)建過程中存在的問題，致使管網(wǎng)各支回路的管路特性差異較大，管網(wǎng)水力失衡嚴(yán)重，增加泵送流量并抬升整體壓頭；水泵的出口到軟連接位置出現(xiàn)兩次彎曲，管阻增加不利于循環(huán)水的順暢流動，嚴(yán)重阻礙了水泵的出力。結(jié)合現(xiàn)場情況提出以下整改意見：

（1）方案一，將水泵出口的管道截彎取直，減少彎管對水流的影響。

（2）方案二，將原單向閥更換為阻力更小的單向閥，減少整個單向閥的長度，使截彎取直的管道更長，管阻小因而水流更順暢。變徑直接從水泵出口轉(zhuǎn)換成DN300的管路與原管路連接。

（3）方案三，現(xiàn)場使用電機(jī)為普通異步電動機(jī)，為了達(dá)到同步電機(jī)的使用效果及轉(zhuǎn)速恒定，將電機(jī)的正常使用頻率調(diào)整到52Hz。轉(zhuǎn)速提高，使水泵出力更充分。

整改方案一、二實施完成后，水泵的壓力即達(dá)到設(shè)計工況設(shè)計值0.485MPa。方案三未實施。圖2 為水泵整改前后的實景圖。

圖2 水泵整改前后實景圖

4 失敗原因及對策

4.1 原水泵系統(tǒng)實際工況數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確

對于現(xiàn)場工況的檢測，如果只通過現(xiàn)場原有設(shè)備銘牌和壓力表上的數(shù)據(jù)推測出系統(tǒng)工況，會存在較大的偏差。銘牌上的數(shù)據(jù)只能反映設(shè)備的設(shè)計參數(shù)，不能代表真實運(yùn)行參數(shù)；壓力表的數(shù)據(jù)需要重新復(fù)核，避免壓力表已損壞指示不準(zhǔn)。如果系統(tǒng)運(yùn)維不及時，管網(wǎng)存在局部堵塞或內(nèi)漏現(xiàn)象，也會造成數(shù)據(jù)誤差。

在實施節(jié)能改造之前，技改實施方必須對原運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行2 次以上滿負(fù)荷運(yùn)行的流量檢測和壓力測量。檢測系統(tǒng)運(yùn)行最大工況負(fù)荷、最小工況負(fù)荷，以及系統(tǒng)在日常運(yùn)行中的調(diào)節(jié)情況，末端循環(huán)水系統(tǒng)各個工段的用水特點(diǎn)和需求。

通過參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)和計算機(jī)仿真模擬技術(shù)手段，根據(jù)最佳換熱原理及流量節(jié)點(diǎn)平衡原理，準(zhǔn)確找到系統(tǒng)的合理流量及流量平衡調(diào)整的參數(shù)，得到水力平衡調(diào)整后真實的管路特性曲線。

只有在準(zhǔn)確的工況負(fù)荷數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上重新設(shè)計選型的新水泵，才能保障節(jié)能技改的水泵既節(jié)省能源消耗，又能滿足系統(tǒng)工況的需求。

4.2 安裝錯誤導(dǎo)致性能不達(dá)標(biāo)

絕大多數(shù)循環(huán)水泵節(jié)能改造項目是在保持原有設(shè)備基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造。由于技改前后的設(shè)備基礎(chǔ)尺寸大小、進(jìn)出口管道長短管徑不一，為了不改變基礎(chǔ)臺，在安裝過程會出現(xiàn)很多不合規(guī)的操作。例如南玻項目在安裝時，沒有考慮進(jìn)出口流道的平滑，導(dǎo)致水泵的管阻增加，水泵的揚(yáng)程下降。

在安裝臥式離心泵時，水泵的安裝高度太高，導(dǎo)致吸水口處的真空度不斷增加，離心泵腔內(nèi)壓力降得過低，使水泵產(chǎn)生汽蝕。最終造成流量和揚(yáng)程不達(dá)標(biāo)。另外，在安裝過程中，水泵主軸彎曲或水泵主軸與電機(jī)主軸不同心或不平行，以及基礎(chǔ)不平等，都會影響到水泵的性能。因此，需要矯正水泵主軸或調(diào)整水泵與電機(jī)的相對位置。

4.3 水泵進(jìn)出口閥門開度及管路的完備

管網(wǎng)嚴(yán)重依賴閉閥調(diào)節(jié)，管網(wǎng)運(yùn)行效率低下；回水總管高位點(diǎn)真空度控制不合理，形成嚴(yán)重擾流或非滿管流，導(dǎo)致管路中含有大量的空氣，增加能耗。因此，要檢查吸水管與底閥，堵住漏氣源；清理進(jìn)水口處的淤泥或堵塞物；底閥入水深度必須大于進(jìn)水管直徑的1.5 倍，加大底閥入水深度。

4.4 水泵生產(chǎn)精度是工況及效率的保障

在制造過程中水泵的轉(zhuǎn)子組靜平衡和動平衡精度標(biāo)準(zhǔn)要高，設(shè)備出廠前要經(jīng)過性能測試，以保障產(chǎn)品質(zhì)量的可靠及使用壽命。

4.5 驅(qū)動裝置電機(jī)存在的問題

在實踐過程中，考慮到項目利益的最大化，有的改造系統(tǒng)還是沿用原驅(qū)動裝置，只對水泵進(jìn)行升級，省去了更換新電機(jī)。這樣留下新的故障點(diǎn)，例如，原電機(jī)是否屬于淘汰目錄里的高能耗設(shè)備，是否屬于長時間運(yùn)行管理不善、穩(wěn)定性差的設(shè)備，在改造過程中是否存在安裝損壞等電機(jī)自身的問題？這些都是造成改造后流量和壓力無法達(dá)到工況的隱患。如果改造條件允許，建議在升級改造過程中同時更新電機(jī)，使用稀土永磁同步電機(jī)。與普通電機(jī)相比，永磁電機(jī)具有以下優(yōu)勢：轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速；功率因數(shù)高；效率高，特別是運(yùn)行效率高；具有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍；體積小，重量輕；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高；可以實現(xiàn)低速高效率。但永磁電機(jī)存在成本高、加工工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)。

5 結(jié)語

為了維護(hù)企業(yè)的自身經(jīng)濟(jì)效益，贏得更廣泛的社會效益，需要做好循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能降耗工作。由于循環(huán)水系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，工況受到很多因素影響，為了降低整體的供熱能耗，需要不斷地完善一些不確定性因素，為節(jié)能減排工作的開展和生態(tài)文明建設(shè)事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展提供良好的支撐。