流体机械循环水泵节降耗改造的有效措施

乔 仲

中国化学工程第十六建设有限公司 湖北宜昌 443000

在大工业生产中，电机系统的能耗占全国用电总量的60%，其中泵类、风机、压缩机和空调制冷机的能耗分别占20.9%、10.4%、9.4%和6%。而在泵类系统实施节能改造后，有的工程出现了不能满足工况运行的问题。因此，有必要认真分析改造失败的成因，以实现降低工业循环水系统能源消耗的目的。以宜昌南玻光电玻璃有限公司（以下简称南玻光电）主冷水泵循环水系统节能改造为例，详细阐述实施方案，分析改造中出现的问题。

1 循环水系统泵改原理

重新设计新泵并更换旧泵，保证水泵在高效区运行。即对运行中的局部阻力过高、水力失衡等现象进行优化；调整设计选型失误带来的机泵本身与系统不匹配，造成泵组运行效率下降的问题。

水泵选型参数是以系统设计参数为基础，再加上一定裕量构成的。由于流体边界条件的复杂性，设备投入运行后，必然存在循环水泵与循环水系统匹配的偏差。水泵的实际运行工况与设计参数存在较大偏差，导致实际运行中水泵裕量偏大或水泵不在其设计高效区运行，实际运行效率只有50%～75%。这种偏差导致水泵偏离最佳工况运行，效率低下，大量的能源消耗在循环水系统的管路阻力及阀门阻力上。

2 主冷水泵循环水系统技改内容

南玻光电主冷水泵循环水系统包括（1#－3#）SLW250- 400T110kW 上海连成泵业冷却水泵3 台，配Y3- 315S- 4，380V 佳木斯电机3 台（图1）。根据循环水系统实测技术参数，系统实际运行严重偏离最佳工况，机组运行效率低，能耗高。

图1 南玻光电主冷水泵循环水系统

采用流体输送高效节能技术对检测资料进行系统分析、研究，结合该系统管路流体力学特性，设计本节能技改方案——通过整改系统存在的不利因素，并、按系统要求的最佳运行工况参数定做高效节能泵，替换目前处于不利工况、低效率、高能耗运行的水泵。使系统处于最佳运行工况下，彻底降低水系统的“无效能耗”，提高输送效率，以达到最佳的节能效果。

用量身定做的2 台高效节能泵替换（1#、3#）SLW250- 400T 110kW 上海连成泵业冷却水泵2 台并配套电机。技改后出水阀门应全开，主管流量、压力不低于技改前工况。

3 主冷水系统技改安装及整改

两台节能水泵安装完成后，电机在50Hz 运行时，检测循环水泵的出口水压为0.46MPa（设计0.485MPa），未达到实际运行需求。为此，结合水泵的安装情况，分析原因如下：安装中造成管路阻力过大，以及管网整改、换热装置优化调整、改造或扩建过程中存在的问题，致使管网各支回路的管路特性差异较大，管网水力失衡严重，增加泵送流量并抬升整体压头；水泵的出口到软连接位置出现两次弯曲，管阻增加不利于循环水的顺畅流动，严重阻碍了水泵的出力。结合现场情况提出以下整改意见：

（1）方案一，将水泵出口的管道截弯取直，减少弯管对水流的影响。

（2）方案二，将原单向阀更换为阻力更小的单向阀，减少整个单向阀的长度，使截弯取直的管道更长，管阻小因而水流更顺畅。变径直接从水泵出口转换成DN300的管路与原管路连接。

（3）方案三，现场使用电机为普通异步电动机，为了达到同步电机的使用效果及转速恒定，将电机的正常使用频率调整到52Hz。转速提高，使水泵出力更充分。

整改方案一、二实施完成后，水泵的压力即达到设计工况设计值0.485MPa。方案三未实施。图2 为水泵整改前后的实景图。

图2 水泵整改前后实景图

4 失败原因及对策

4.1 原水泵系统实际工况数据采集不准确

对于现场工况的检测，如果只通过现场原有设备铭牌和压力表上的数据推测出系统工况，会存在较大的偏差。铭牌上的数据只能反映设备的设计参数，不能代表真实运行参数；压力表的数据需要重新复核，避免压力表已损坏指示不准。如果系统运维不及时，管网存在局部堵塞或内漏现象，也会造成数据误差。

在实施节能改造之前，技改实施方必须对原运行系统进行2 次以上满负荷运行的流量检测和压力测量。检测系统运行最大工况负荷、最小工况负荷，以及系统在日常运行中的调节情况，末端循环水系统各个工段的用水特点和需求。

通过参数采集标准和计算机仿真模拟技术手段，根据最佳换热原理及流量节点平衡原理，准确找到系统的合理流量及流量平衡调整的参数，得到水力平衡调整后真实的管路特性曲线。

只有在准确的工况负荷数据基础上重新设计选型的新水泵，才能保障节能技改的水泵既节省能源消耗，又能满足系统工况的需求。

4.2 安装错误导致性能不达标

绝大多数循环水泵节能改造项目是在保持原有设备基础之上进行改造。由于技改前后的设备基础尺寸大小、进出口管道长短管径不一，为了不改变基础台，在安装过程会出现很多不合规的操作。例如南玻项目在安装时，没有考虑进出口流道的平滑，导致水泵的管阻增加，水泵的扬程下降。

在安装卧式离心泵时，水泵的安装高度太高，导致吸水口处的真空度不断增加，离心泵腔内压力降得过低，使水泵产生汽蚀。最终造成流量和扬程不达标。另外，在安装过程中，水泵主轴弯曲或水泵主轴与电机主轴不同心或不平行，以及基础不平等，都会影响到水泵的性能。因此，需要矫正水泵主轴或调整水泵与电机的相对位置。

4.3 水泵进出口阀门开度及管路的完备

管网严重依赖闭阀调节，管网运行效率低下；回水总管高位点真空度控制不合理，形成严重扰流或非满管流，导致管路中含有大量的空气，增加能耗。因此，要检查吸水管与底阀，堵住漏气源；清理进水口处的淤泥或堵塞物；底阀入水深度必须大于进水管直径的1.5 倍，加大底阀入水深度。

4.4 水泵生产精度是工况及效率的保障

在制造过程中水泵的转子组静平衡和动平衡精度标准要高，设备出厂前要经过性能测试，以保障产品质量的可靠及使用寿命。

4.5 驱动装置电机存在的问题

在实践过程中，考虑到项目利益的最大化，有的改造系统还是沿用原驱动装置，只对水泵进行升级，省去了更换新电机。这样留下新的故障点，例如，原电机是否属于淘汰目录里的高能耗设备，是否属于长时间运行管理不善、稳定性差的设备，在改造过程中是否存在安装损坏等电机自身的问题？这些都是造成改造后流量和压力无法达到工况的隐患。如果改造条件允许，建议在升级改造过程中同时更新电机，使用稀土永磁同步电机。与普通电机相比，永磁电机具有以下优势：转速恒定，为同步转速；功率因数高；效率高，特别是运行效率高；具有较宽的经济运行范围；体积小，重量轻；堵转转矩倍数高；可以实现低速高效率。但永磁电机存在成本高、加工工艺复杂的缺点。

5 结语

为了维护企业的自身经济效益，赢得更广泛的社会效益，需要做好循环水系统的节能降耗工作。由于循环水系统是一个复杂的系统，工况受到很多因素影响，为了降低整体的供热能耗，需要不断地完善一些不确定性因素，为节能减排工作的开展和生态文明建设事业的稳步发展提供良好的支撑。