多级离心泵的节能改造.doc

155 第 26 卷内 蒙 古 石 油 化 工 多级离心泵的节能改造 王钢锋高生旺 呼和浩特炼油厂 摘要针对多级离心泵在运行过程中存在出口压力过大、能耗高的问题 本文从降低离 心泵的扬程入手 分析了减少多级离心泵的级数、采用变频调速和叶轮切削几种方法的节能情 况 为离心泵的节能改造提供了参考。 关键词多级离心泵节能改造离心泵是石油化工企业最主要设备之一 占到全厂设备总数的 30 以上 其用电量占到了全厂的70 以上。 所以 做好离心泵的运行情况分析 抓好其节能改造 将会为企业创造很大的经济效益。 离心泵在实际生产中普遍存在以下两个问题 一是大马拉小车 二是小马拉大车 电机负荷过大 满足不了工艺需要。 造成大马拉小车的主要原因是由于设计单位在离心泵的设计选型时所选备的流量和扬程的富余量过大所致。 这种情况的存在 一方面必然导致离心泵在低负荷区运行 其运行效率较低 另一方面 为了满足工艺要求又必须在离心泵的出口管路上安装节流调节装置 造成很大一部分电能被损耗于节流装置上 增大了功耗。 造成小马拉大车的主要原因是由于设计单位在离心泵的设计选型时所选设备的流量和扬程不合理或者是工艺条件改变所致 一种情况是流量和扬程的附余量过小 导致离心泵在输送粘度较大的流体或处理增大时不能满足工艺需要 针对这种情况只能通过更换满足工艺需要的设备来解决 另一种情况是离心泵的流量和扬程虽然都有很大附余量 但由于扬程的附余量过大 导致离心泵的节流损耗很大 运行效率低、 功耗大 尤其是在输送粘稠液体 如减压渣油 时 流体流经泵的阻力损耗随粘度增大而增大 并且泵的机械损耗功率中的轮阻损耗也随粘度的增大而增大 导致泵的效率进一步下降 而此时的扬程变化并不多 节流损耗变化不大 从而造成电机负荷增大很多 在这种情况下就可能导致电机满负荷或超负荷运行 呼炼脱沥青装置的原料泵就存在此问题。 针对这种情况 最简单的解决方法是更换大容量电机 但这既要增加投资 也不利于节能降耗 不可取 另一种解决方法是通过改造的方法设法降低离心泵的扬程 不但可使原有设备满足生产要求 而且可以达到节能降耗的目的。 以上情况的存在 归根结底是由于离心泵选型不合理所致 造成设备不能高效率运行 甚至不能满足工艺要求 也造成了很大的资源与能源浪费 不利于节能降耗。 据初步估算 就拿呼炼来说 若所有离心泵都能在高效区运行 一年可为工厂节约电费 200 万元左右。 本文以呼炼脱沥青装置的原料泵为例 谈一谈自己对离心泵节能改造的一些想法 以供大家参考。1呼炼脱沥青装置原料泵的设备现状与存在问题 呼炼脱沥青装置的原料泵共有两台 属于多级离心泵 其技术参数见下表 表 1 :表 1 原料泵的技术参数 设计参数 操作条件 功率 工艺 名称 型号 流量 扬程 介质 流量 压力 轴功率 采用功率 编号 m3 h m m3 h kpa kw kw 原料泵 p3101a 80y 503 11 45 608 减渣 26. 5 6. 0 约 106 132 原料泵 p3101b 80y- 503 11 45 608 减渣 26. 5 4. 4 约 77. 3 110注: 11 原料泵 p3101a 的电机原设计是 110kw 由于电机负荷不足 使泵达不到所需要的流量 且运行温度较高 遂 于 93 年更换为 132kw 电机。 21 原料泵 p3101b 的电机原设计也是 110kw 由于电机负荷不足 使泵达不到所需要的流量 且运行温度较高 于 93 年安装了变频调速系统 使其可以满足生产需要。 1994-2009 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 1 56 多级离心泵的节能改造第 26 卷两台原料泵在设计选型时存在扬程过大、 泵出口压力过高的问题 其在额 定转速下的出口压力达到了 610m pa 而正常操作情况下所需的出口压力不超过 414 pa 设计出口压力比工艺所需压力高出 m116m pa 高出 3614 这是多么大的损失呀 由于设计选型不当 扬程过大 造成该设备在 1992 年 10月投产后就出现了流量最大只能达到 1815t h 约为 21m 3 h 远小于额定流量 45m 3 h 的情况 再大就会发生电机跳闸现象 说明了电机已经达到满负荷运行。 究其原因 一方面是由于泵的出口压力过高 造成节流损耗过大所致 另一方面是由于泵在输送高粘度的减压渣油时 不但阻力损耗随粘度增大而增大 而且泵的机械损耗功率中的轮阻损耗也随粘度的增大而增大 两者的共同作用造成泵的效率进一步下降 泵的轴功率显著增大 使电机达到了满负荷运行。 不得已 为了提高泵的流量 于 93 年对两台电机进行了改造 将 p 3101b 电机加装变频调速系统 将 p 3101a 电机由 110kw 更换为 132kw 。改造后 两台泵可以满足工艺需要。 目前 两台原料泵的运行情况是: p 3101b 加装变频调速系统后可以满足生产需要 电机负荷得到了很大降低 节能效果显著 但却产生了新的问题 那就是电机运行温度有些高 主要是由于电机转速降低后其冷却风叶的冷却效果降低所致。p 3101a 电机由于负荷不够而由 110kw 更换为 132kw 更换后可以满足工艺需要 但却增加了投资 且存在电能消耗大、效率低的问题。2多级离心泵的节能改造探讨 通过对 p 3101a 与 p 3101b 的运行情况分析 我认为对多级离心泵的技术改造应首先考虑降低其扬程 使离心泵的出口压力达到或略高于工艺所需压力就可 不要造成大量压力能损耗于节流装置上。 具体可从以下几个方面考虑:211减少多级离心泵的级数 降低其扬程 对多级离心泵 若其扬程过大 存在很大的附余量 则首先应考虑通过减少叶轮级数降低扬程来进行技术改造。 泵的轴功率计算公式: n n ef f q 102 h式中: n 轴功率 kw n ef f 有效功率 kw 泵的效率 液流重度 kgf m 3 h 扬程 m q 流量 m s 3 对多级泵而言 在流量不变的情况下 若减少其级数 其扬程呈正比减少。由泵的轴功率计算公式可以看出 在流量不变的情况下 若其扬程呈正比减少 则其轴功率呈正比减少 另外 多级泵由于级数减少 其流体阻力损耗基本上也按正比减少 两者的共同作用 导 致轴功率降幅更大。 下面以呼炼脱沥青装置的原料泵为例 分析多级离心泵减少级数后的运行情况。 呼炼脱沥青装置的原料泵 p 3101a 、 的级数是 11 级 其额定扬程是 608m p 3101a 在正常操作条件下的出口压力是 b610m pa 而工艺所需出口压力不大于 414 p a。 m 通过计算可以得出 若将 p 3101a 的级数由 11 级减少为8 级就可满足 414m p a 的出口压力。 表 2 列出了叶轮级数减少后泵的运行状况与节电情况。表 2 p 3101a 级数减少后的节能情况分析表 流量 扬程 出口压力 轴功率 年节电情况 级数 3 注 m h m m pa kw 度数 金额 元 11 2615 608 610 10610 8 2615 442 414 约 7710 115600 42772备注: 1 因两台泵互为备用 每台泵的年运行时间按 4000 小时计算。 2 每度电的价格按 0137 计算。 1994-2009 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 157 第 26 卷内 蒙 古 石 油 化 工通过上表可以看出 通过减少叶轮级数 在几乎不投入一分钱的情况下 一年就可节约电费 42772元 并且由于泵的轴功率的减少 可使电机负荷大大降低 实现电机安全平稳运行。 另外 由于泵的叶轮级数减少 其出口压力大大降低 从而可减少泄漏 保证设备更安全平稳地运行。212加装变频调速系统 交流变频调速设备用于交流异步电动机的无级调速 不但具有结构简单 安装维护方便 操作简化机械特性硬 调速范围宽 过载能力强等优点 而且能使机泵起动电流大大降低 额定电流内 实行软起动 缓解对电网的冲击。 因此 交流变频调速系统成为交流异步电动机调整的最佳选择。 呼炼脱沥青装置的原料泵 p 3101a 若加装变频调速系统 其投资及效益见表 3。表 3 p 3101a 加装变频调速系统投资及效益 功率 kw 年节电情况 设备状况 一次性投资 投资回收期 轴功率 消耗功率 数量 金额 元 原始状况 0 10610 变频调速 15 万元 7713 8519 80400 29748 5年备注: 1 消耗功率 轴功率 变频装置效率 一般取 019 2 每度电的价格按 0137 元计算。 3 因两台泵互为备用 每台泵的年运行时间按 4000 小时计算。加装变表面调速系统后 除了实现节电及软启动外 还由于电机低 速运行可以缓解机械磨损的速度 延长设备的使用寿命 这又可节约一大笔修理费。但是 加装变频调速系统后对电机又带来了一个新的问题 那就是由于转速降低使得位于轴端上的风叶的冷却效果即风量降低了 从而引起电机温升。 特别是在夏天 电机温升更大一些。就拿 p 3101b 来说 在变?档魉傧碌恼俅笤嘉?2400rpm 远低于额定转速 造成电机表面温度在夏季可达 100 虽仍在 f 级绝缘所允许的温度范围内 但不利于电机长期运行。 为此 可采用给冷却风叶单独配电机的方法解决。213切削叶轮 降低扬程切削叶轮的目的就是为了降低泵的扬程 减少轴功率 以达到节能目的。根据叶轮的切割定律 可计算出在满足所需压力条件下的叶轮外径。 q 1 q d 1 d h 1 h d 1 d n 1 n d 1 d 2 3 由上式可以看出 若将泵出口压力由此 610 p a 降为 414m p a 则切削后的叶轮外径与原来的叶轮 m外径之比为 d 1 d h 1 h 01856 可以看出切削率达 1414 切削率过大 已对叶轮构成破坏 不可取。 但是 可以通过切削方式适当降低泵的扬程 但要控制在一定范围内 以防止泵的效率降低过多。 通过以上对