大型離心式水泵節(jié)能改造后穩(wěn)定性分析

林 凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

大型離心式水泵節(jié)能改造后穩(wěn)定性分析

林 凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

現(xiàn)在國內很多石油化工企業(yè)，在建廠初期重心在穩(wěn)定性上，所以很多系統(tǒng)存在很大的余量，例如工藝系統(tǒng)、水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)。國內近些年興起很多節(jié)能改造公司，主要針對各個系統(tǒng)富余的能量進行回收利用，或者對系統(tǒng)進行改造，減少富余能量，那么隨之而來問題是，改造后對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定影響的大小，以及改造部分設備、工段之間的匹配性好壞，若改造后系統(tǒng)不穩(wěn)定，必然功虧一簣。

水泵；葉輪；振動；噪音

現(xiàn)在很多石油化工企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)，富余能量很大，對循環(huán)水系統(tǒng)進行節(jié)能改造，首先對整改循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)進行系統(tǒng)調節(jié)，回收各個換熱單元多余的能量，其次對循環(huán)水泵進行節(jié)能改造，可對循環(huán)水泵的進行整體改造，水泵、電機全部進行更換，通過對水泵效率分析，結合系統(tǒng)所需水量，利用三元流分析設計新水泵葉輪和蝸殼，電機通過與水泵匹配更換為變頻電機。

1 案例簡介

中海油公司黑龍江化肥生產(chǎn)基地，始建于2010年9月，2015年5月9日正式投產(chǎn)，產(chǎn)品為大顆粒尿素，主要的生產(chǎn)工藝為氣化工段GE水煤漿技術，合成工段丹麥托普索工藝，尿素工段為2000+技術。輔助系統(tǒng)包括循環(huán)水體統(tǒng)，高中低三級管網(wǎng)蒸汽系統(tǒng)。投產(chǎn)后為節(jié)約成本、促進效益，該公司開展一系列節(jié)能減排工作，其中包括循環(huán)水系統(tǒng)整體優(yōu)化項目。

該公司循環(huán)水系統(tǒng)共6臺循環(huán)水泵，泵廠家為上海連成水泵廠，其額定流量均為10 000m3/h，配套2 000kW電機6臺。系統(tǒng)有鋼筋混凝土結構逆流式冷卻塔10間，冷卻塔設計冷卻能力達45 000m3/h。

表1 機泵單元基本配置

水泵性能曲線如圖1，冷卻塔基本配置見表2，機房管道布置結構參數(shù)見表3：

表2 冷卻塔基本配置

表3 機房管道布置結構參數(shù)

圖1 循環(huán)水泵性能曲線

系統(tǒng)運行示意簡圖如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)運行示意簡

機泵運行檢測結果（見表4）

表4 機泵運行檢測數(shù)據(jù)

系統(tǒng)參數(shù)運行情況（見圖3）

圖3 系統(tǒng)參數(shù)運行情況

水泵實際運行效率（見表5）。

水泵實際運行揚程為：運行揚程=出口壓力/0.009 8+（壓力表標高-吸入口液面標高）+1。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，查取水泵性能曲線得到效率如下：

表5 泵運行效率參數(shù)（性能曲線讀?。?/p>

鑒于循環(huán)水系統(tǒng)存在很大富裕能量，遂決定對循環(huán)水系統(tǒng)進行整體優(yōu)化，降低循環(huán)水系統(tǒng)的能耗（主要是電量消耗）。

1.1 循環(huán)水系統(tǒng)整體改造內容

更換水泵高效葉輪共計6臺（見表6）。

根據(jù)系統(tǒng)運行壓力與實際所需流量，利用第三方公司開發(fā)專有技術“基于三維CAD-CFD聯(lián)合的葉片泵整體優(yōu)化技術”，設計并加工制造高性能循環(huán)水泵葉輪，以滿足系統(tǒng)實際運行的需要。

表6 水泵葉輪設計參數(shù)

1.2 葉輪定制具體流程

（1）蝸殼流道高精度測繪

對需要優(yōu)化的泵殼、葉輪進行三維測繪，達到后續(xù)蝸殼和葉輪匹配的目的。

（2）三維建模（模型設計）

結合現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)設計葉輪，利用ICEM實現(xiàn)非結構網(wǎng)格劃分，采用CFD模擬對水泵運行性能進行預估。

（3）模型制造

根據(jù)數(shù)值分析結果，挑選出幾種模擬效率較高的翼型進行模型加工。在加工制造過程中，使用高精度數(shù)控機床，這種機床科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面，常用于航空、航天、軍事、科研、精密器械領域。

（4）實驗及修正

實驗主要對水泵的性能進行測試，主要包括能量、壓力脈動、效率和空化實驗，采集進出口壓力、測點壓力脈動和揚程等數(shù)據(jù)并進行分析，根據(jù)實驗結果，對泵的性能做出評估，并對水泵葉輪參數(shù)進行調整，重新經(jīng)過優(yōu)化，利用高精度機床加工出模型轉輪，然后對泵模型再次進行實驗，分析實驗結果，直到模型實驗的結果達到了要求為止。

（5）成品加工

根據(jù)實驗確定的最終模型，利用成熟工業(yè)技術將其加工成品。

2 改造后循環(huán)水泵具體運行情況

為節(jié)約改造費用，只對6臺循環(huán)水泵的葉輪進行了重新設計，泵殼與管路系統(tǒng)均采用原舊設備，改造后葉輪與舊泵殼進行安裝運行，具體運行情況如下表7，表8，表9，表10，表11：

2.1 力學性能

表7 主要參數(shù)記錄表

2.2 工藝性能

表8 投用前檢測表格

表9 投用后檢測表格

2.3 系統(tǒng)壓力

表10 新葉輪投用前后系統(tǒng)壓力變化

2.4 總瞬時有用功

表11 新葉輪投用前后節(jié)能效果

3 水泵改造后存在問題

通過對改造循環(huán)水泵的系統(tǒng)壓力、工藝性能、力學性能、功率進行統(tǒng)計分析，均在設計指標范圍內，但唯一存在的問題是泵更換葉輪后噪音偏高。

4 原因分析

在水泵運行過程中對水泵泵體、驅動端軸承、非驅動端軸承數(shù)據(jù)測量結果如下：

表12 水泵運行過程中數(shù)據(jù)測量結果表

通過數(shù)據(jù)可以看出水泵更換葉輪后，水泵泵體、水泵驅動端軸承、水泵非驅動端軸承振動明顯增大，對水泵產(chǎn)生振動增大，噪音變大的原因進行分析，主要有以下幾種原因：

1）安裝不數(shù)據(jù)不符合安裝標準要求；

2）工藝原因，改造后水泵效率增加，原系統(tǒng)工況與改造后水泵不匹配，發(fā)生汽蝕狀況；

3）改造后水泵葉輪與原水泵蝸殼不匹配，造成泵內流體流動狀態(tài)發(fā)生變化，進而產(chǎn)生噪音和振動。

5 處理措施

通過對循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)進行調整，泵運行噪音仍未減小，決定對改造后運行時間最長的水泵進行拆檢，其中1號循環(huán)水泵自2016年12月27日14：00，除去中間停泵時間，至2017年3月13日，共計運行61d。

拆檢整體情況介紹：葉輪口環(huán)銹蝕較為嚴重，葉輪基本未有銹蝕現(xiàn)象，泵殼無明顯沖蝕痕跡；葉輪葉片均出現(xiàn)沖蝕減薄區(qū)域和部分葉片存在沙眼，減薄位置距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，減薄區(qū)域面積為30mm×100mm，減薄量在0.1～0.2mm，產(chǎn)生沙眼為同一區(qū)域，最大沙眼口直徑1.5mm、深度1mm（見圖4～圖7）。

圖4 葉輪口環(huán)銹蝕圖

圖5 驅動側入口葉片圖

驅動側入口6個葉片均出現(xiàn)以下情況：距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，出現(xiàn)面積為30mm×100mm沖蝕減薄區(qū)域，減薄量在0.1～0.2mm。

非驅動側入口6個葉片同樣出現(xiàn)以下情況：距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，出現(xiàn)面積為30mm×100mm沖蝕減薄區(qū)域，減薄量在0.1～0.2mm之間；且其中有3片葉片在減薄處出現(xiàn)沙眼，最大沙眼口直徑1.5mm、深度1mm（見圖8）。

葉片區(qū)抽點測厚：

為對葉輪下一個運行周期進行數(shù)據(jù)比對，對驅動側吸入口葉片進行抽點測厚（見圖9）。

6 結論

1）通過優(yōu)化設計葉輪與密封環(huán)，使水泵設計參數(shù)與系統(tǒng)裝置揚程匹配，改造葉輪后水泵新葉輪外徑為890mm，原水泵葉輪外徑為935mm，水泵基圓尺寸為1 050mm。更換葉輪后，水泵葉輪與基圓間隙加大，導致水流噪聲稍微增大。

圖6 非驅動側入口銹蝕圖

圖7 非驅動側入口葉片銹蝕圖

圖8 沖蝕減薄區(qū)域圖

圖9 葉片區(qū)抽點測厚

2）更換葉輪與密封環(huán)后，水泵運行的軸承溫度及水泵振動值均滿足要求，說明不存在機械方面的原因影響水泵正常運行及使用。

Stability Analysis of Large Centrifugal Pump After Energy Saving Reconstruction

Lin Kai

Now a lot of domestic petrochemical enterprises in the factory in the early focus on stability，so a lot of system there is a big margin，such as process system，water system，steam system，in recent years many domestic energy-saving renovation company，mainly for each system surplus energy recovery，or the transformation of the system，reduce the surplus energy.Then the attendant problem is stable，the size effect on the whole system after the transformation，the matching between quality and transformation of some of the equipment，process，such as the transformation of the system is not stable，it will work not completed.

water pump；impeller；vibration；noise

TQ051.21

B

1003–6490（2017）10–0073–03

2017–07–24

林凱（1987—），男，吉林松原人，助理工程師，主要從事化工技術裝備管理工作。