水泵的節(jié)能改造

王 齊，王金生（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

水泵的節(jié)能改造

王 齊，王金生
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

介紹了預(yù)應(yīng)力分公司對(duì)工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造過(guò)程。在滿足工況不變的條件下，通過(guò)更換水泵及電機(jī)和優(yōu)化管路的方式，使水泵節(jié)電率達(dá)到60%以上，提高了水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到了節(jié)能降耗、降低企業(yè)生產(chǎn)成本的目的。

水泵；節(jié)能降耗；改造；優(yōu)化管路

1 引言

水泵是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域最主要的耗能設(shè)備之一，用量大，涉及面廣，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田排灌、石油化工、動(dòng)力工業(yè)、建筑、城市給排水、核電、火力發(fā)電、冶金采礦和船舶工業(yè)等領(lǐng)域，其耗電量約占全國(guó)總發(fā)電量的20%。目前我國(guó)的水泵運(yùn)行效率總體偏低，水泵的給定效率多數(shù)比發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)品低5%～10%，實(shí)際使用效率普遍比發(fā)達(dá)國(guó)家低10%～30%，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重，運(yùn)行效率有較大的提升空間。渠時(shí)遠(yuǎn)，我國(guó)水泵發(fā)展現(xiàn)狀和節(jié)能的技術(shù)途徑，通用機(jī)械。預(yù)應(yīng)力分公司通過(guò)對(duì)水泵進(jìn)行節(jié)能改造，大大降低了水泵的耗電量，節(jié)能降耗、降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2 熱水泵系統(tǒng)概況

預(yù)應(yīng)力分公司1#水泵房熱水上塔系統(tǒng)共安裝6臺(tái)無(wú)密封自控自吸水泵，出水母管分兩側(cè)對(duì)稱平衡出水上塔，整體看開(kāi)4備2，正常情況下，因母管中間聯(lián)通閥門為關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)際控制為2組，3臺(tái)1組，即1#～3#熱水泵為一組，4#～6#熱水泵為一組；運(yùn)行模式為開(kāi)2備1（如圖1）。兩組系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)供水量各為1 000 m3/h，目前每組滿負(fù)荷供水量為740 m3/h左右，設(shè)備老化，工作效率低，耗電量大；泵出口閥門開(kāi)度為30%，閥門開(kāi)大，電機(jī)電流將超過(guò)額定電流，易燒壞電機(jī)，尤其在炎熱夏季，水泵（電機(jī)）滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)故障率較高，直接影響車間的正常生產(chǎn)。

圖1 無(wú)密封自控自吸水泵

水泵及電機(jī)參數(shù)如下：

水泵型號(hào)：350SLFZ-AD2，設(shè)計(jì)流量：500 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程：40 m，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速：1 480 r/min，配用功率：110 kW。

電機(jī)型號(hào)：Y2-315S-4，額定電壓：380 V，額定電流：201 A，額定轉(zhuǎn)速：1 480 r/min，額定功率：110 kW。

3 水泵高能耗原因分析

3.1 水泵及電機(jī)效率低

水泵及電機(jī)本身設(shè)計(jì)效率偏低，制造工藝落后；運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程泵體、葉輪表面粗糙及電機(jī)軸與軸承、密封之間摩擦損失大，造成機(jī)械損失較大。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型偏差大

水泵的工作參數(shù)有轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程、流量和效率，當(dāng)揚(yáng)程發(fā)生變化，其他參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)揚(yáng)程偏大，致使水泵嚴(yán)重偏離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，造成效率低。

3.3 管路效率低

管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成局部阻力偏高；進(jìn)水管管徑較小，加大了吸水阻力；止回閥選型過(guò)于陳舊，加大了流動(dòng)阻力；整體造成系統(tǒng)效率低。

為保證電機(jī)不超額定功率，控制閥門開(kāi)度，閥門局部阻力增加，加劇了系統(tǒng)能效下降。

4 節(jié)能技改方案

4.1 檢測(cè)

使用超聲波流量計(jì)多次檢測(cè)正常工況下的實(shí)際流量，求得平均值，測(cè)量吸程高度變化量（水池高低水位），測(cè)量泵出口至冷卻塔出水口的垂直高度，測(cè)算管道損失及考慮冷卻塔出水壓頭，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，在保留一定富余量的前提下，確定水泵流量800 m3/h，揚(yáng)程20 m，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，為水泵選型提供條件。

4.2 選型

通過(guò)確定滿足工況的各種參數(shù)，查閱手冊(cè)了解了離心泵的特點(diǎn)［1］，量身定制兩臺(tái)高效節(jié)能泵，型號(hào)為300GXL800-20/4，流量800 m3/h，揚(yáng)程20 m，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，配用功率75 kW；配用兩臺(tái)超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YE3-280S-4V1，功率75 kW，轉(zhuǎn)速1 486 r/min，額定電流136 A，效率95%；定制泵特點(diǎn)：采用三元流動(dòng)理論技術(shù)、加工葉輪表面處理技術(shù)、雙口環(huán)葉輪免回路滲漏技術(shù)以及葉輪一對(duì)一配置。

采用三元流動(dòng)理論技術(shù)，通過(guò)對(duì)葉輪流道內(nèi)各工作點(diǎn)的分析，建立起完整、真實(shí)的葉輪內(nèi)流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)這一方法，對(duì)葉輪流道分析可以做到最準(zhǔn)確，反映流體的流場(chǎng)、壓力分布也最接近實(shí)際，得到效率最高的葉輪［2］，同時(shí)增加了真空泵引水裝置，降低了剛剛啟動(dòng)時(shí)泵體內(nèi)的摩擦損失，如圖2所示。

圖2 真空引水裝置

4.3 運(yùn)行模式

技改后繼續(xù)執(zhí)行分組運(yùn)行控制，運(yùn)行模式為每組運(yùn)行技改泵1臺(tái)，對(duì)每組而言，由原來(lái)開(kāi)二備一調(diào)整為開(kāi)一備二，即原兩臺(tái)泵保持備用狀態(tài)，備用率提高。運(yùn)行模式如表1所示。

表1 水泵技改前后運(yùn)行情況表

4.4 優(yōu)化管路

對(duì)泵進(jìn)出水管路進(jìn)行優(yōu)化，加大進(jìn)水口管徑，從而得到較小吸水阻力；更換止回閥，采用了阻力小的第三代閥門—管力閥；技改后整體如圖3所示。

圖3 節(jié)能水泵系統(tǒng)

4.5 運(yùn)行情況

技改后系統(tǒng)，啟動(dòng)方便，每組系統(tǒng)流量可達(dá)850 m3/h，出口閥門可全部打開(kāi)，且不會(huì)超額定電流，能量損失小，效率高，穩(wěn)定性提高。

5 節(jié)能改造效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

技改前，于2015年3月對(duì)每臺(tái)水泵裝電表（變比200/5）及對(duì)應(yīng)的累時(shí)器，便于記錄單臺(tái)水泵技改前、后耗電量及運(yùn)行時(shí)間，每組系統(tǒng)都是開(kāi)2備1運(yùn)行狀態(tài)。2015年4月技改前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可算出技改前第1#～3#組總功率P1和第4#～6#組總功率P2：

P1=（111.34+112.1+110.59）/3×2=222.66 kW

P2=（113.18+114.16+112.2）/3×2=226.36 kW

2015年8月，對(duì)2組水泵技改完成，分別用節(jié)能水泵替代原3#、4#水泵，兩組運(yùn)行狀態(tài)都是開(kāi)1 備2。2015年9月節(jié)能改造后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

通過(guò)計(jì)算得節(jié)能3#泵（F3）、技能4#泵（F4）的節(jié)電率和2臺(tái)節(jié)能泵年（330天）節(jié)電量P年分別為：

5.2 社會(huì)效益

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委數(shù)據(jù)，生產(chǎn)1萬(wàn)kW·h電需要耗標(biāo)煤3.5 t，二氧化碳排放8.72 t、二氧化硫排放2.63 t、氮氧化物排放0.13 t、含碳粉塵排放量2.38 t。若年節(jié)電量238萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于節(jié)約煤833 t，減排二氧化碳2 075 t、二氧化硫625 t、氮氧化物30 t、含碳粉塵566 t。水泵節(jié)能改造對(duì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。

6 結(jié)束語(yǔ)

在能源如此緊張的情況下，節(jié)能高效是每個(gè)企業(yè)面臨的追求的最重要的目標(biāo)，節(jié)能改造不僅僅可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本，還能提高企業(yè)辦事效率。預(yù)應(yīng)力分公司水泵節(jié)能改造，通過(guò)減少各部位的能量損失、優(yōu)化管路，節(jié)電量顯著，節(jié)電率達(dá)60%以上，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本；通過(guò)節(jié)能降低了對(duì)能源的消耗，對(duì)環(huán)境保護(hù)及其重要。

提高能效是企業(yè)永遠(yuǎn)面對(duì)的課題，本次改造針對(duì)低效的老舊設(shè)備進(jìn)行技改，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的升級(jí)換代，但針對(duì)整個(gè)冷卻水系統(tǒng)而言，如何利用環(huán)境溫度，降低上塔水量（部分水直回冷水池）、如何準(zhǔn)確合理的調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及開(kāi)停，如何精準(zhǔn)控制水位，使水泵吸程最小等等，從而提高系統(tǒng)能效，把節(jié)能空間全部挖掘出來(lái)，還需要不懈的研究和改進(jìn)，創(chuàng)新無(wú)止境。

［1］關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：宇航出版社，1995.

［2］楊云栓.循環(huán)水泵的節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用［J］.商品與質(zhì)量，2013（8）：40.

Energy Saving Modification on Water Pump

WANG Qi and WANG Jin-sheng
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

The process of energy saving modification on circulation industry water system at Pre-stressing Subsidiary is introduced.With working conditions unchanged，water pumps and motors were exchanged and the pipeline was optimized，bringing the power saving rate of water pump to more than 60%，improving the stability of water system，and achieving the goal of saving energy and reducing consumption and lowering enterprise production cost.

water pump；energy saving and consumption reducing；modification；pipeline optimization

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.014

2015-11-17

2015-12-08

王齊（1988—），男，本科，主要從事設(shè)備管理方面的研究工作。