循環(huán)氨水系統(tǒng)中的泵效率提升方法探究

＊許智 趙立海 黃煜箏

（神華巴彥淖爾能源有限責任公司 內(nèi)蒙古 015300）

在現(xiàn)代工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，循環(huán)氨水系統(tǒng)已經(jīng)成為一個不可或缺的部分[1]。在這些復雜而多樣化的系統(tǒng)中，泵是至關(guān)重要的元件之一。為了滿足日益增加的能源效率和環(huán)保要求，研究人員、系統(tǒng)設(shè)計師和工程師一直在尋找提高循環(huán)氨水系統(tǒng)中泵效率的方法。泵效率的提升不僅有助于減少能源消耗和運行成本，還有助于降低對環(huán)境的不利影響，從而推動可持續(xù)發(fā)展。因此，本文旨在深入探討提高循環(huán)氨水系統(tǒng)中泵效率的方法。

1.循環(huán)氨水系統(tǒng)中泵效率的重要性

循環(huán)氨水系統(tǒng)是一種利用氨水作為吸收劑的熱泵系統(tǒng)，可以實現(xiàn)熱能的回收和利用[2-3]。泵是其中的重要組成部分，其效率直接影響系統(tǒng)的性能和運行成本[4]。因此，提高循環(huán)氨水系統(tǒng)中的泵效率具有重要意義。

第一，可提高循環(huán)氨水系統(tǒng)的能量利用率。循環(huán)氨水系統(tǒng)的能量利用率是系統(tǒng)輸出的有效能量與輸入的總能量之比，反映了系統(tǒng)對能源的利用效率和節(jié)約程度。循環(huán)氨水系統(tǒng)中的泵效率是泵輸出的液體功率與輸入的電功率之比，反映了泵對電能的轉(zhuǎn)換效率和損耗程度。因此，泵效率越高，消耗的電能越少，輸出的液體功率越大，從而提高循環(huán)氨水系統(tǒng)的能量利用率。

第二，可降低循環(huán)氨水系統(tǒng)的運行費用。循環(huán)氨水系統(tǒng)的運行費用主要包括電費、維護費、更換費等。而泵效率越高，意味著泵消耗的電能越少，從而節(jié)省了電費。另外，泵效率越高，也意味著泵運行更加穩(wěn)定可靠，減少了故障發(fā)生的概率和頻率，從而節(jié)省了維護費和更換費。

第三，可提升循環(huán)氨水系統(tǒng)的環(huán)境友好性。循環(huán)氨水系統(tǒng)本身就是一種利用低品位熱能代替高品位熱能或電能的綠色節(jié)能技術(shù)，可以減少化石能源的消耗和溫室氣體的排放。而泵效率越高，意味著泵運行更加平穩(wěn)安全，減少了氨水溢漏和腐蝕等風險。

2.影響循環(huán)氨水系統(tǒng)中泵效率的主要因素

（1）流體特性與黏度。流體特性是流體在運動過程中表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)，諸如密度、黏度、溫度、壓力等[5]。當流體密度增加時，泵需要消耗更多的功率來推動流體，進而降低了泵的效率。此外，流體的溫度也會影響流體的密度，使其稀薄，這將導致泵需要執(zhí)行更多的工作以維持相同的流量，進一步降低了效率。黏度則是流體內(nèi)部的摩擦力，它決定了流體在管道中的阻力。高黏度的流體會導致更大的摩擦損失，因此需要更多的功率來克服這種阻力，從而使泵的效率下降。此外，雷諾數(shù)是用于判斷流體流動狀態(tài)的無量綱參數(shù)。具體來說，雷諾數(shù)的計算公式如下：

其中，Re代表雷諾數(shù)；ρ代表流體體積密度，單位kg/m3；v代表物體表面平均流速，單位m/s；L代表物體長度或直徑，單位m；μ代表流體動力黏度，單位Pa·s。當雷諾數(shù)較小時，流體呈現(xiàn)層流狀態(tài)；當雷諾數(shù)較大時，流體呈現(xiàn)湍流狀態(tài)；當雷諾數(shù)處于中間值時，流體呈現(xiàn)過渡流狀態(tài)。

因此，在循環(huán)氨水系統(tǒng)中，應(yīng)該盡量選擇合適的氨水濃度、溫度、壓力等參數(shù)，以降低流體阻力，提高泵效率。一般來說，氨水質(zhì)量分數(shù)應(yīng)控制在30%左右，氨水溫度應(yīng)控制在60℃左右，氨水壓力應(yīng)控制在0.5MPa左右。

（2）運行條件與環(huán)境因素。運行條件與環(huán)境因素包括流量、揚程、溫度、濕度、氣壓、噪聲和振動等，它們直接對泵的性能產(chǎn)生重要影響。流量是單位時間內(nèi)通過泵的流體體積，揚程是泵輸出的流體壓力與輸入的流體壓力之差。這兩個參數(shù)是泵的主要性能指標，決定了泵的工作狀態(tài)。當流量與揚程與泵的額定值匹配時，泵的效率達到最高水平。但如果流量與揚程偏離泵的額定值，泵的效率將受到損害。

同時，不適宜的溫度和濕度可能導致泵材料的熱脹冷縮或脆化，進而增加泵的摩擦損耗，從而降低泵效率。濕度變化也可能導致泵材料的腐蝕或干裂，影響泵的密封性和強度，進而降低泵效率。因此，在維持適宜的溫濕度條件下有助于提高泵的性能。低氣壓環(huán)境可能導致流體內(nèi)部的空化現(xiàn)象，增加流動阻力和渦旋損失，從而降低泵的效率。而且，噪聲水平的過高表明泵存在異常振動或沖擊，會損壞泵的結(jié)構(gòu)，導致泵效率下降。因此，維持適宜的氣壓和控制噪聲在合理范圍內(nèi)對于確保泵的高效率運行至關(guān)重要。

3.循環(huán)氨水系統(tǒng)中的泵效率提升方法

(1)泵的安裝方法

①泵的選擇。在循環(huán)氨水系統(tǒng)中，在選擇泵時，應(yīng)考慮以下幾個方面：

第一，根據(jù)系統(tǒng)的流量、揚程、壓力等參數(shù)選擇合適的泵型號，避免過大或過小的匹配。例如，選用揚程過高的泵，會導致出口壓力過大，增加管道阻力和泵軸功率；選用流量過大的泵，會導致進口壓力過低，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象和噪音。第二，選擇高效、節(jié)能、可靠、耐用的泵，優(yōu)先考慮采用變頻調(diào)速、磁力驅(qū)動、無密封等新型泵。具有以下優(yōu)點：變頻調(diào)速泵可以根據(jù)系統(tǒng)需求自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和流量，提高效率和節(jié)省能源；磁力驅(qū)動泵利用磁場傳遞動力，無需機械密封和軸承，減少摩擦和漏失；無密封泵采用特殊材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計，無需使用密封件或填料，避免了液體滲漏和污染。第三，根據(jù)系統(tǒng)的工況變化選擇合適的控制方式。恒壓控制適用于出口壓力要求穩(wěn)定的系統(tǒng)，保證出口壓力不受流量變化的影響；恒流控制適用于流量要求穩(wěn)定的系統(tǒng)，保證流量不受壓力變化的影響；恒功率控制適用于輸入功率要求穩(wěn)定的系統(tǒng)，保證輸入功率不受流量和壓力變化的影響。

圖1 變頻調(diào)速泵

圖2 磁力驅(qū)動泵

圖3 無密封泵

②泵的安裝。在循環(huán)氨水系統(tǒng)中，在安裝泵時，應(yīng)注意以下幾個方面：第一，如果泵與管道不對中，會導致管道受力不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力和變形；同時也會使得泵軸受到彎曲和偏心力，增加軸承負荷和摩擦損失。因此，在安裝前后都應(yīng)使用專業(yè)儀器檢測并調(diào)整對中度。第二，如果泵與電機不聯(lián)軸，會導致泵軸和電機軸不同心，產(chǎn)生偏心力和扭矩，影響泵的平穩(wěn)運行和效率。因此，在安裝時應(yīng)使用聯(lián)軸器或其他裝置連接泵軸和電機軸，并使用水平儀或其他儀器檢測并調(diào)整聯(lián)軸度。第三，如果泵的基礎(chǔ)不牢固或不穩(wěn)定，會導致泵在運行過程中發(fā)生位移或變形，影響泵的對中度和聯(lián)軸度，降低泵的效率。因此，在安裝時應(yīng)選擇合適的基礎(chǔ)材料和結(jié)構(gòu)，并使用螺栓或其他固定件將泵固定在基礎(chǔ)上。第四，保證泵的進出口管道布置合理，避免產(chǎn)生氣蝕和局部阻力。在安裝時應(yīng)遵循以下原則：縮短管道長度和減少彎頭數(shù)量；避免使用直角彎頭或突然變徑的管道；保持管道內(nèi)徑與泵進出口口徑一致；保持進口管道水平或略向下傾斜；保持出口管道向上傾斜并安裝止回閥。

③泵的運行。在循環(huán)氨水系統(tǒng)中，泵的運行也會影響其效率，因此，在運行泵時，應(yīng)注意以下幾個方面：

第一，定期檢查和維護泵及其附件，如軸承、密封、葉輪等，并根據(jù)使用情況和制造商建議進行維護或更換。第二，定期清洗和沖洗泵及其管道，去除沉積物或雜質(zhì)，防止泵及其管道內(nèi)有沉積物或雜質(zhì)，會導致流道狹窄或堵塞，影響流體的流動速度和壓力。第三，定期監(jiān)測和分析泵的運行參數(shù)，如流量、揚程、壓力、功率、電流等，及時調(diào)整或優(yōu)化控制策略。如果泵的運行參數(shù)偏離設(shè)定值或最佳值，會導致系統(tǒng)的效率降低或安全隱患產(chǎn)生。第四，定期對比和評估泵的效率指標，如果泵的效率指標低于預期或標準，會導致系統(tǒng)的運行費用增加或環(huán)境污染加劇。因此，在運行一定周期后都應(yīng)對比和評估泵的效率指標，并根據(jù)評估結(jié)果進行改進或優(yōu)化。

(2)重視儀器設(shè)備的保養(yǎng)和維修

①檢查與清潔。對泵進行定期的觀察、測試、清理等操作，以發(fā)現(xiàn)和消除泵存在的問題和隱患。檢查與清潔可以及時發(fā)現(xiàn)泵的異?，F(xiàn)象，如溫度過高、噪聲過大、振動過強、漏水、堵塞等，并及時采取措施進行處理，以避免影響泵效率或造成更大的損壞。檢查與清潔還可以及時清理泵內(nèi)部和外部的雜物、污垢、沉積物等，以減少流體阻力和摩擦損失，從而提高泵效率。

②潤滑與調(diào)整。對泵進行定期的加油、調(diào)節(jié)等操作，以保證泵的良好運轉(zhuǎn)和匹配。潤滑與調(diào)整可以有效減少泵內(nèi)部的摩擦阻力和磨損程度，從而提高泵效率和壽命。潤滑與調(diào)整還可以有效調(diào)節(jié)泵的工作點和工作狀態(tài)，使其適應(yīng)不同的運行條件和環(huán)境因素，從而提高泵效率和穩(wěn)定性。

③更換與修復。對泵進行定期或不定期的更換、修理等操作，以恢復或提升泵的性能和可靠性。更換與修復可以有效解決泵存在的故障或損壞問題，如軸承燒壞、葉輪破裂、密封失效等，并及時更換或修復相應(yīng)的零部件或整體，從而提高泵效率和安全性。

(3)培養(yǎng)專業(yè)化的人員

在循環(huán)氨水系統(tǒng)中，應(yīng)積極培養(yǎng)專業(yè)化的人員，提高他們對泵效率提升方法的理解和掌握。制定合理的培訓計劃和內(nèi)容，涵蓋泵效率提升方法的原理、步驟、注意事項等方面；采用有效的培訓方式和方法，如講座、演示、實踐等方式，結(jié)合理論與實際進行教學；進行定期的考核和評估，檢查人員對泵效率提升方法的掌握程度和運用能力。建立合理的績效考核和獎懲制度，根據(jù)人員在泵效率提升方法方面的貢獻和表現(xiàn)進行評價和獎勵；建立良好的溝通和反饋機制，及時了解人員在泵效率提升方法方面的意見和建議，給予肯定和支持；建立健康的競爭和合作氛圍，鼓勵人員在泵效率提升方法方面進行交流和學習，促進共同進步。

4.結(jié)語

本文深入探討了循環(huán)氨水系統(tǒng)中泵效率提升的重要性以及相關(guān)方法和策略。通過分析循環(huán)氨水系統(tǒng)中的泵，我們明確了泵效率對于整個系統(tǒng)的能源消耗、運營成本以及環(huán)境可持續(xù)性的關(guān)鍵作用。本文不僅強調(diào)了問題的重要性，還提供了一系列實用的解決方案，以幫助工程師和運維人員更好地管理和改進這些關(guān)鍵設(shè)備的性能。