某企业水泵节能改造实例浅析

史德友，朱胜良，张永康，周 凯，成志江，蒋 伦

(攀枝花钢城集团贸易有限公司，四川 攀枝花 617000)

0 前言

近年来，国家提倡“绿水青山就是金山银山”的绿色发展环保理念。政府、企业都将节能降耗、降本增效提上重要日程。政府每年对节能减排工作进行量化，并通过年度能源监察工作进行督促，对不达标的高耗能企业实施阶梯电价、不享受税收优惠政策等方法以督促其进行节能减排。企业为降低产品能耗单耗、摊薄综合用能成本，增强企业的行业竞争力，也持续引进先进技术对企业各用能设备进行升级改造。在节能领域中，风机、水泵及配套电机的节能是一个非常重要的环节。随着国内外水泵制造技术水平不断提高，为企业水泵升级改造实现节能的提供了保障。本文正是在这样的背景下，结合某球团厂水泵改造实例，对水泵节能改造进行分析阐述。

1 企业概述

1.1 生产概述

某球团厂担负着某钢铁厂高炉的氧化球团矿生产及保供任务。该公司现有3条120万吨生产线，采用先进的链篦机-回转窑-环冷机生产工艺，产品质量稳定。该厂主体生产线建设于2004-2006年期间均已服役10余年。

1.2 水系统概述

该球团厂生产用水主要为外购，雨季收集部分雨水，水质中性，主要消耗点为一、二线造球、脱硫及循环水。每条生产线设置循环水泵房一座，泵站内设置高低压循环水泵9台，主要供链篦机、风机冷却及造球用水。在对该球团厂水泵系统调研过程中，发现部分水泵服役时间长，机壳锈蚀严重，存在漏油现象，该球团厂投产至今水泵系统未进行升级改造，通过策划并对部分水泵进行节能改造，实现了较好的节能收益。本文选取该球团厂低压2#泵改造过程进行分析。

(1)改造前水泵及配套电机

查勘现场，发现水泵及电机均为该球团厂建设期间配套的水泵及电机，使用年限较长，电机为淘汰型电机，部分电机多次烧损后反复维修。抄录水泵、配套电机铭牌并结合管理人员台账，整理水泵及电机性能参数，主要数据见表1。

表1 水泵改造前铭牌参数

(2) 改造前的运行参数

查勘现场，通过检测泵出口位置压力及流量，监测配电端口电流、电压、有功、功率因数等数据，得出改造前水泵运行参数，具体数据如下表2。

表2 水泵改造前运行参数

2 水泵系统运行评估

2.1 水功率计算(以低压2#泵为例计算)

据表2数据，低压2#泵运行过程，水泵流量228 m3/h，压力0.42兆帕即扬程42米，水功率计算过程如下示：

(1)

2.2 电机输入功率计算

据表2数据，低压2#泵配套电机运行过程，电压0.38 kV，电流101 A，功率因数0.8，电机输入功率计算如下式：

(2)

2.3 电机有效功率计算

电机额定功率75kW，4级电机，电机运行在经济负荷范围之内，取额定效率0.94，系统传动效率0.98，电机有效功率为48.99kW。

P有效=P改前输入×η1×η2=53.18×0.94×0.98=48.99 kW

(3)

——上式中η1为电机运行效率，η2为系统传动效率。

2.4 水泵效率

(4)

2.5 水泵系统存在问题

由(1)～(4)式可以看出，水泵效率约为0.53，远低于行业平均水平。水泵效率较低的可能原因一是水泵为十多年前的设备，技术落后，效率较低；二是水泵系统服役期限较长，系统磨损加重，内泄大，从而降低水泵出力。

2.6 改造前挂表计量

根据上述理论计算，为精确计算改造前后的节能率，加挂电表及累时器对拟改水泵系统电机运行用电量及输入功率进行计量，挂表连续运行时间283小时，测得用电量14 804 kWh，改造前电机运行有功功率为52.31，与上述理论计算基本吻合。

表3 水泵改造前挂表计量

3 改造选型及改后运行评估

3.1 节能改造思路

根据改造前现场查勘、改造前实际运行参数，发现水泵的水功率不到30kW，电机额定功率75kW，水泵与电机选型不配套，属于大马拉小车的范畴，浪费比较严重。改造整体思路一是选用新型节能水泵，确保改造前后水泵系统流量及扬程不降低，不影响该球团厂生产；二是解决水泵与电机功率匹配问题，根据水泵选型更换配套的节能电机，消除大马拉小车现象；三是鉴于低压水泵系统为一用一备，考虑生产安全冗余，低压系统只改低压2#水泵，将低压1#水泵不作改造，当低压2#水泵出现故障时候能够恢复改造前的老系统运行，确保生产稳定顺行。

3.2 改造设备选型

根据对水泵运行参数的评估，结合水泵改造思路，拟更换高效节能水泵及配套电机替代原有水泵，实现节能。根据改造前水泵扬程、流量参数计算水功率及水泵轴功率，反推电机输出功率需求，水泵效率取0.75-0.85，机械传动效率取0.98，同时根据电机经济运行规律，电机负荷工作在额定功率65%附近较为经济。根据上述原则，拟选定，水泵型号WKRL200-55，电机型号Y2-250M-4，相关参数见表4。

表4 水泵及电机拟改造选型

3.3改造后运行评估

根据上述技术方案对水泵系统进行了改造，改造后实际运行压力及流量不低于改造前运行参数，实际运行电流与改造前相比下降明显，证明改造前后能耗下降明显。具体运行参数见下表。

表5 水泵改造后运行参数

(1)改造后水功率计算

根据表5数据，低压2#泵运行过程，水泵流量235 m3/h，压力0.45兆帕即扬程45 m，水功率计算过程如下示：

(5)

(2)改造后电机输入功率计算

根据表5，低压2#泵配套电机运行过程，实测电压0.38 kV，实测电流101A，功率因数0.8，电机输入功率计算如下式：

(6)

(3)改造后电机有效功率计算

电机额定功率55 kW，4级电机，电机运行在经济负荷范围之内，取额定效率0.94，传动效率0.98，电机有效功率为38.75 kW。

P有效=P改后输入×η1×η2=42.07×0.94×0.98=38.75 kW

(7)

——上式中η1为电机运行效率，η2为系统传动效率。

(4)改造后水泵效率

η水泵=P水/P有效=28.81÷38.75=0.74

(8)

从(5)～(8)式可以看出，改造后水泵实际效率为0.74，水泵效率明显提高。根据交流电气传动风机(泵类、空气压缩机)系统经济运行通则，企业在水泵运行过程中，应关注水泵的运行效率，若低于额定效率的80%，则应更换水泵或叶轮。

3.4 改造后挂表计量

为精确计算改造前后的节能率，改造后对水泵系统电机运行挂表计量，挂表连续运行时间288小时，用电量12752 kWh，改造后电机运行平均功率为44.28 kW，与理论计算值42.07 kW有一定误差，因计算过程所有数据，均为瞬时数据，故改造后仍采用挂表数据。

表6 水泵改造后挂表计量

4 节能效益

4.1 节能率计算

根据表2及表6水泵改造前后的数据对比，计算水泵改造的节能率，计算过程如下：

(9)

4.2 节能量计算

根据表2及表6数据，低压2#泵改前运行功率为52.31 kW，改后运行功率为44.28 kW，年运行时间8 000小时，电费0.62元/kWh，则年节电量6.42万kWh，年节约电费3.98万元。

根据上述方法，该球团厂先后对3条生产线10台水泵进行节能改造，降低水泵运行有功功率294 kW，综合节电率22%，实现节电235.46万kWh/年，节约电费145.98万元。节约用电量折算标煤289.38吨，减少碳排放1 061.06吨。本案例既降低了企业的电耗，也减少了碳排放，取得了一定的经济效益和社会环境效益。

5 结束语

本文通过水泵输出的流量和压力等参数计算水功率需求，再通过电机电压、电流、功率因数、电机经济运行区间、电机效率等参数计算出电机输入功率和有效功率，推算出水泵运行效率，通过水泵运行效率得出水泵是否有节能空间的初步判断，改造前后通过挂表计量确定节能量及节能率。本方法计算过程简单，数据直观，对生产性企业技术人员快速判定水泵是否有节能空间有一定的借鉴意义。

本方法的不足之处在于：无法在现场精确确定电机运行效率及传动效率，对水泵运行效率的判断也比较粗糙。针对这一问题，还需要对电机工作在不同负荷状态下的电机效率进一步深入研究。