高效节能泵在纯碱生产中的应用

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(山东海化集团有限公司，山东潍坊 262737)

在化工生产中，为了将生产过程中各类化学反应热及时移出，企业都配备循环水系统以达到降温目的。大型循环水系统一般配备高压电机和大流量、低扬程的泵组，根据热量移出量的多少，来匹配泵组的开机规模。但该系统往往会存在大流量、小温差、低效率、高能耗的运行现状。近几年随着节能技术的不断发展，高效节能设备应用于纯碱生产，取得了较好的节能降耗效果。

1 现 状

海化纯碱共有两套循环水系统，分别应用于新、老线生产系统中的重碱、压缩、煅烧等工序，供水流程基本一致。即“水泵-输水管道-换热器-回水管道-凉水塔-蓄水池-水泵”。两套系统分别配备五台28SA-10A(K)双吸离心泵，额定流量3 600 m3/h，扬程51/52 m，配套电机为710 kW·h，型号为YKK506Z-8高压电机，五台泵组按照并联运行方式。该泵在设计上存有一定的流量富裕量。在高温季节，一般开启三台泵组运行，短时间内开启四台运行；在低温季节例如1～3月份，11～12月份开启两台泵组即可满足生产冷却要求。但是会出现一台泵组流量不足，两台泵组流量过剩的现象，只能利用调整阀门开度达到控制流量的目的，造成电机输出功率与泵组运行效率不符的情况，浪费大量的电力资源。

2 改 进

为了解决循环水供水系统电机输出功率与泵组效率匹配问题，达到节能降耗目的，需要从两方面进行技术改造。

2.1 改变电机输出功率

目前普遍应用的技术是采用变频或磁力耦合调速节能技术。海化纯碱已经在部分生产工序采用低压变频技术，运行工况比较稳定，节电效果良好。但是变频控制装置发生故障时，造成设备开停频繁，导致局部甚至较大范围生产波动。而且高压变频和磁力耦合调速节能技术在大型循环水泵应用方面未见有成熟的经验，况且象循环水泵这样的大型关键设备一旦发生故障，会导致整个生产系统发生较大波动甚至停产，给企业带来不可估量损失。

2.2 改变泵组输出运行特性

每台应用于生产的水泵都具有特定的特性曲线。该曲线与很多因素有关，例如液体的密度或粘度，叶轮出口宽度、叶片的出口安放角与叶片数以及水泵的泵腔形状等均对水泵的特性曲线产生影响。在水泵的特性曲线中，对于任何流量点都可以找出一组对应的扬程、功率和效率值等参数，称为泵的运行工况，对应最高效率点我们称为泵的最佳工况点。在实际生产实践中，是利用管道特性曲线与泵的特性曲线共同确定经济和安全运行工况点。目前国内水泵生产企业和部分节能公司都掌握水泵节能改造专利技术并应用推广。为此海化纯碱于2013年9月，通过合同能源管理模式与国内一家节能有限公司开展合作，对我厂循环水泵进行节能技术改造。

该技术是对现有在线运行的循环水泵所有运行参数进行较长时间的跟踪标定并综合处理，并对整个循环水供水管网、供水分布点、供水情况等进行分析，形成循环水系统运行工况分析报告。对循环水泵的所有运行参数以及管道供水工况进行综合分析，将其输入计算机模拟系统，利用计算机模拟技术，查找并消除影响水泵特性曲线和管道特性曲线的不利因素，进行优化设计，确认最佳水力模型，量身定做高效节能水泵。该技术优化设计过程包括对叶轮进行重新设计定型；在水泵过流部件表面喷涂光滑的新型耐磨涂层；采用机械密封替代传统的填料密封；优化密封环的结构与型式等。加装节能装置，该装置能够调节水泵出水口流态，使紊乱的流体通过装置后变为平稳的层流，降低水力损失，提高系统效率，达到节能效果。该技术只对循环水泵体进行改造，其它设施附件例如电机、基座、进出口管道等规格、型号不发生任何变化，这就大大缩短设备改造施工时间。改造后泵体构造如图1所示。

图1 改造后泵体构造图

3 结果和应用

2014年1月份对老系统1#、4#循环水泵进行技术改造，改造后的泵型号为SC3600-90，新泵体自重和外形体积对比原泵大大减少，泵体结构紧凑，内腔处理平滑，使用机械密封。泵体安装完毕后按照合同要求进行连续72 h跟踪标定，水泵整体运行情况良好。两台泵组供水量7 000 m3/h，电机运行电流63 A左右，对比改造前降低9 A，泵出口压力0.45 MPa。各项运行参数除电机运行电流降低外其余参数未发生变化。根据供水流量与该泵实际电力消耗计算，各台循环水泵节电率在12%左右。我们将改造后的各类运行参数输入计算机计算模拟后，得出该泵的特性曲线，如图2所示。由图中看出改造后循环水泵的运行效率在相同工况点处大大提高。

1.扬程——流量变化曲线 2.效率——流量变化曲线 3.功率——流量变化曲线 4.改造后效率——流量变化曲线图2 泵的特性曲线图

该泵组自2014年2月份投用以来，全年运行，维保时间短，运行工况良好。只是在高温季节加开一台原装泵。2013～2017年，系统负荷由67.23%增加到88.55%，产品电耗由28.44 kW·h/t降低到10.42 kW·h/t。在2013～2014年度因为系统开机规模较小，单位产品电耗仍有3.34 kW·h/t的降低幅度，随着系统负荷的提高，高效节能泵的优点体现出来。到目前为止，老系统吨循环水耗电完成0.179 kW·h。截止到2017年12月份，累计节约电力1 693.53万kW·h，节约能耗2 080 t标准煤，减少碳排放14 970 t。真正达到节能降耗减排的目的。

4 存在问题

1)SC3600-90型式节能泵供水流量没有富裕，在同等工况下单泵最大流量不超过3 600 m3/h。该泵比较适合于泵组转速恒定，输送介质量大且输送压力稳定的工作场合，特别适合于水质类供水系统。该泵组在与其它未更新改造的同类泵组并联运行时，在供水量增大或末端供水压力升高时，会造成泵组之间运行负荷的转移，达不到应有的节电效益。

2)该泵组不适合于供水管网压头变化幅度较大的场合。在实际生产运行中，当系统末端压力0.48 MPa以上时，该泵组运行电流基本与其它未改造泵组电流持平甚至高于其运行电流，这就说明泵组未处于节电状态；当末端压力在0.48 MPa以下时其运行电流方可达到8～10 A的差额，当末端压力0.45 MPa运行时经济效益最佳。这说明该类节能泵运行工况点本身有一个较为狭窄且固定的经济运行区域，超出该区域节电效果较差。

3)该节能泵节电效果标定可以采用电流变化量、单位时间电量变化量、单位时间吨循环水耗电量等参数来标定。但是电流变化量无准确计量器具；使用电量变化量可以进行标定，但要考虑电压稳定问题；在循环水系统计量器具完整的情况下，使用吨循环水耗电量来标定较为准确。但是通过三者跟踪数据分别计算节电率，结果不一，很难对高效节能泵的经济效益进行合理判断。

4)该节能泵属于技术专利产品，在合同期内供货商负责设备维保。但是合同期外，在备品、备件采购和使用上造成供货单一的局面，不利于企业多方比价采购。