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离心泵的优化节能简述
2017-02-27 16:28:47 字体大小:【
一、前言
在通用机械设备的目录中,离心泵占据了非常重要的地位,广泛应用于石油、化工、矿山、给排
水、电力、居民生活和国防等领域,是耗电大户,据统计我国每年约有20%左右的电量被水泵消耗
掉。目前我国政府正在大力提倡建设节约型社会,节能、环保是国家的发展战略,对泵类产品进行节能降耗具有非常直接的经济和社会效益,但是多年来,大多数人对泵类的节能存在一个误区,认为泵的节能就是提高泵和电动机的效率,其实除了提高泵的效率之外,在泵的选型和运行环节中存在更大的节能潜力,下面根据在石化、化工企业节能改造的经验,从泵的设计匹配性、现场优化改造和能量回收液力透平等三个方面对离心泵的节能进行介绍。
二、离心泵节能浅析
1. 泵的设计制造
目前国内石油、化工企业主力泵型多为20世纪末,甚至20世纪七八十年代的产品,产品结构老
化,加之当时的设计制造水平较弱,造成泵的效率较低。随着国内设计和制造水平的提高,尤其是三元流设计、数控加工中心和泵过流部件表面陶瓷涂层的应用,使得泵目前的效率水平比15年前至少提高5%以上。
2. 泵的匹配性优化
因为设计的数据与现场运行的工艺参数存在差距,目前在现场运行的泵很多存在“偏工况”运行的情况,“大马拉小车”的现象非常普遍,用户实际需要的工况偏离泵的最佳效率点较远,使得泵长期在低效率点运行,泵振动较大,不利于泵的安全稳定运行,且泵提供的性能超出了用户实际需要的性能。
例如:用户需要流量20m3/h,扬程50m,泵实际提供的是流量23m3/h左右,扬程55m左右,这就造成泵
做的功有一部分是白白浪费掉了。根据合肥华升泵阀股份有限公司对镇海炼化、武汉石化、安庆石化以及天津炼化等厂家的节能改造的结果来看,很多泵在改造前存在偏工况现象,泵在运行时有振动、噪声超标及轴承温度升高等表象。当泵出现上述情况时耗能就会增加,而且零部件的损坏速度也会加快。经过改造后节能效果至少能够达到15%以上,大多数在25%以上,高的甚至能够达到50%以上,节能效果显著,同时也能够提高泵运行的稳定性。以镇海炼化石脑油长输泵为例,该泵为BB2结构泵。结构形式为单级、双吸、两端支撑离心流程泵。流量:Q=300m3/h,扬程:H=143m ,必需汽蚀余量:NPSHr=4.5m,转速n=2 950r/min,电动机功率250kW 。用户实际需要的流量只要225m3/h。该泵自投入生产使用后,整机振动较大,零部件的损坏频率也很高,严重影响装置的长周期安全运转。在运行部现场采集振动频谱数据,当处理量为工艺正常值225m3/h时,检测到泵各测点的振动值及频谱值均超标,经过分析得出该泵的振动峰值多出现在1倍频和2倍频,4倍频和5倍频出现的峰值的次数也较多。1倍频大多是因为转子不平衡,它与轴和叶轮的动、静平衡有关系;2倍频大多是因为轴系不对中,它与装配时的对中和轴承体的强度有关;4倍频和5倍频可能是叶轮叶片的通过频率,与叶轮水力的匹配
度有关。通过查阅石脑油长输泵的性能曲线,该型号的泵最佳流量点为流量Q=418m3/h ;扬程H=177m 。
而实际运行的流量只有225m3/h,属于严重的偏工况运行。离心泵在偏工况状态下运行,对泵的安全使用影响很大,也增加了电力消耗。在不改变原泵基础和管道的情况下,通过三元流设计和CFD分析计算设计一个与用户需求匹配的高效叶轮,对原有泵体进行了改造,使其流道与新叶轮能很好匹配,既解决了泵的振动问题,又大幅度地降低了泵的能耗,改造前后的指标对比见下表。优化后的泵在现场应用如图1所示。

图1 优化后的泵在现场使用

根据以上所述,泵在使用时尽可能地让工艺参数与设计参数相匹配,泵在制造和安装时做好平衡和对中,泵在运行时的振动、噪声和温升等能控制在标准值以下,使其安全平稳地运行,就会降低能量消耗。
3. 能量回收液力透平机组
能量回收液力透平是通过回收废弃的高压液体,高压液体的势能转化成机械能来驱动负载设备或发电,来达到节能增效的目的。如图2所示,高压介质通过液力透平之后变为低压介质,在介质由高压变为低压能量释放的过程中,压力能被转化为透平旋转机械能从而达到节能的目的。在实际运行中液力透平能否起到节能的关键是液力透平的转速和电动机的转速能否一致,这需要对液力透平进、出口压力和流量,泵进、出口压力和流量做一个精确的匹配设计,让液力透平的转速与泵的转速尽可能地同步,这样才能达到节能目的,这是目前液力透平设计的关键点。

图3是应用于中石化武汉分公司联合二车间加氢处理装置中的液力透平机组,2014年8月运行至今,已连续安稳运行16 000h,实际运行工况回收功率350kW/h,每年节电近25 000kW·h,取得了良好的经济效益。

三、泵节能改造的发展趋势
随着设计制造技术的不断进步,节能技术的同步发展,离心泵产品也将向智能化方向发展,能够根据
生产现状对泵产品的运行工况进行有针对性的调控。泵的最佳效率点更接近现场所需要的工艺参数点,这样泵的运行效率会达到一个比较高的水平,从而降低能量的损耗。泵节能的主要潜力将会集中在泵类产品的优化方面,包括采用三元流设计,提高泵内流体的通过效率。提高泵的制造精度,提高各部件间的配合连接精度,使机械运转的能耗降低。也可以在流道内部涂层来降低液流阻力,来提高泵的运行效率。有条件的可采用液力透平能量回收装置,减少能量的消耗实现节电的目的。已在现场使用的泵可根据现场实际的工艺参数和测定的振动、噪声、温升等值来确定优化改造的部件,对叶轮、泵体和轴承箱体等部件的优化改造,能更好地适应现场的需求,因为这类改造不改变泵原有的基础和管道,投资少,节能效果显著,将会受到越来越多用户的欢迎。