循环水泵节能改造实践.doc

循环水泵节能改造实践安徽省司尔特肥业股份有限公司宣城分公司 （宣城242000） 杨秉华摘要：根据循环水泵机械效率低下的问题，利用流体力学、水泵设计相关理论，对循环水泵的参数进行校核，查找问题的解决方案；利用节能公司的研究成果和技术，量身定做，设计制造效率高的新泵，解决生产实际问题，达到节能降耗的目的。关键词：循环水泵 节能 改造一、循环水泵存在的问题我公司200kt/a硫铁矿制酸工程在2005年建设期间，选用了并联使用的两台逆流钢混式LDNTG-3000T型冷却塔作为余热发电冷凝水的冷却塔和四台DFSS350430型的单级双吸离心泵组，作为C6-3.43/0.49汽轮发电机组的冷却水循环系统。DFSS350430泵叶轮直径430，转速n=1480r/min,配套10KV高压电机，功率N=280KW，额定电流I=19.7A；设计要求是4台泵并联安装，三开一备用。泵的铭牌参数流量Q=2068m/h,扬程H=40m，轴功率N0=264.9Kw，效率=85%，汽蚀余量h=5m。在工程竣工验收阶段，对此4台泵进行试车时发现每台泵的出口蝶阀都不能开到35%的开度，在开度达到35%时泵的轴功率很大，电机电流超过额定电流，泵组无法正常工作。为了查找电机过电流的原因，请该水泵生产厂家的技术人员到现场技术指导，研究解决方案。厂家技术人员根据泵的轴功率过大的情况，建议采用切割叶轮的方法，使电机额定功率能满足叶轮切割后泵的轴功率需要。首先，打开水泵上盖，抽出叶轮，将原来的叶轮直径430车去10，装上去试车，此时的阀门还不能全部打开，只能将阀门开到40%，电机不能满足切割后泵的要求。决定再次抽出叶轮，将叶轮切割到直径410毫米，装配后试车，阀门的开度在50%时，电机的负载电流仍超过额定电流。第三次抽出叶轮，将叶轮切割到直径400，装配后开机，阀门可以开到75%以上，甚至全开，电机可在额定电流下运行。由此可见，该泵设计参数与泵的铭牌参数是不符合的，因此需对该泵的设计参数进行校核。当叶轮切割到直径400时，叶轮的切割率（430-400）/4300.07=7%。根据离心泵的切割定律要求，泵的比转速与切割量之间存在一定的关系，如表一表一 泵的比转速与叶轮切割率关系比转速ns60120200300350350以上叶轮许可最大切割率20%15%11%9%7%0泵的比转速ns=3.65nQ（1/2）/H(3/4) =3.651480(2068/3600)(1/2)/40(3/4)=257.43300可见，叶轮切割率小于9%，在允许范围之内。泵切割后的性能参数与原来的性能参数符合切割定律，切割后泵的功率能满足原电机280KW的额定出力需要。根据泵的切割定律D1/D2=Q1/Q2 （1）（D1/D2）=H1/H2 （2）（D1/D2）=N1/N2 （3）由上述三式分别可得，400/430=2068/Q2 Q2=2223(m/h) (400/430)=40/H2 H2=46.225（m ） （400/430）=280/N2 N2=347.8（KW）根据上述计算，在叶轮直径430不切割、电机转速不变的情况下，该DFSS350430泵可以配用4极355KW电机。实践证明，在将其中的一台电机更换为4极355KW电机后，与原装DFSS350430水泵相匹配，在进出口阀门全开的情况下，满足额定电流I=25.1A的要求。由此可见，原水泵的设备铭牌标识是有误的，轴功率不是所标识的N0=264.9KW,效率也不是=85%。泵的轴功率P0核算P0=gQH （W） (4)其中：水的密度，1000kg/m； g重力加速度，9.81m/s； Q泵的流量，2068m/3600s； H泵的扬程，40m；将以上数据代入（4）式，得P0=(10009.8206840)/3600=225182(W)=225.182（KW）泵的效率核算=（P0/P）100% (5)=（225.182/355）100%=63.4%通过对轴功率、效率参数的核算发现，泵的实际效率参数很低，有较大的节能空间。二、循环水系统阻力核算我公司的发电循环水系统，泵的安装高度在集水池水面以下1.0m，采用的是上吸入方式；用水点最高位置比泵的出口高12m，远离泵的出口约200m，用水点压力要求不小于0.18MPa；泵的出口总管直径1.0m，管道系统有11只90弯头，6只蝶阀在正常生产情况下要求开度75%以上或全开；设计循环水出水温度23，回水温度43。水在管内流速V的计算：V=Q/3.14（D/2）2 （m/s） （6）V=【2068/（3.141.0/2）2】/3600=0.732(m/s)。管道系统的阻力降用当量长度法估算hf=【L+(L/D)】V2/2g (m) (7)式中：为水在管道内的阻力系数，与液体流动状态的雷诺数Re有关； L：管道单程长度，200m； Le/D：90弯头r/d=1.0时，当量长度（Le/D）=30m；蝶阀在全开或开度在75%以上时的当量长度（Le/D）=20m； g：重力加速度，9.81m/s；雷诺数Re=DV/ （8） 式中：D管道直径，1.0m； V流体速度，0.732m/s； 流体密度，1000Kg/m； 流体粘度，在循环水温23时，粘度值为0.9358Pa*s；43时的粘度值为0.607将各温度下的粘度数值分别代入（8）式，得 Re =1.00.7321000/0.607 =1205.932000 Re=1.00.7321000/0.9358 =782.222000说明水在管道内的流动状态均为层流状态，水在层流状态下的阻力系数=64/Re （9）=64/1014.48 =0.063将上述数据代入（7）式，得hf=【L+(L/D)】V2/2g =0.063【400+11（30）+6（20）】（0.605）2/(29.81) =0.0638500.366025/19.621(m)经过上述计算，循环水系统的总阻力Hs为Hs=H+hf+V2/2g=12+1+0.0313m。泵的工作扬程只要能满足循环水系统最高工艺压力要求0.18MPa加上13m的阻力损失就能够正常工作。根据对循环水系统阻力损失的计算，发现原DFSS350430泵的扬程H=40m选大了。针对现有的循环水系统，不需要高扬程低流量泵，需要的是大流量低扬程泵。因此，需要对现有的循环水泵进行节能改造。三、循环水泵改造泵的轴功率计算公式（4）式，当电机的功率为280KW,泵的效率为85%，泵的扬程为25m,则泵的流量Q的计算式变化为 Q=P/gH （m/s） =28000085%/(10009.8125) =0.9704(m/S)=3493（m/h）我公司循环水系统的两台冷却塔，额定生产能力是Q=23000m/h=6000m/h。如果按上述计算结果设计或选用新的泵型，正常情况下只要开两台泵就可以满足流量、扬程需要，与开三台DFSS350430泵相比要节省一台泵。根据以上设想，及时与多家节能公司取得了联系，通过方案比对和筛选，最终选定南京某节能公司作为此次水泵改造的实施单位。该节能公司十分重视此事，多次到生产现场测量、调研和核算，利用在流体力学方面的研究成果和技术，针对我公司循环水系统存在的问题，在保留现有电机、不改变现有进出口管道的情况下，量身定做，优化设计了新的单级双吸离心泵。甲乙双方协商，水泵改造工作分两步走，第一步对两台280KW电机进行配套改造，如果改造效果理想再对一台355KW电机进行配套改造。2011年4月9日甲乙双方签订水泵改造合同，2011年6月12日完成两台280KW电机配套新泵的安装工作并投入试运行。试机时，280KW电机达到额定电流，泵进出口阀门全开，泵的出口压力在0.25MPa左右，最远处工艺点压力在0.19MPa以上，水泵机组运行平稳，状态良好，完全符合设计要求。根据两台新泵的运行情况，该节能公司又对现有的一台355KW电机进行了水泵配套改造。根据355KW电机的配套要求，当泵扬程H=25m，泵的效率为85%时，泵的流量Q由（4）式变为 Q=p/gH=35500085%/（10009.8125） =1.230（m/s）=4428（m/h）这台355KW电机的配套水泵，流量大，可以在冬季气温较低的时候（最高气温一般在10以下）单泵运行，也可以作循环水系统备用泵。四、结论泵的试运行结束后，我公司和南京某节能公司共同进行了运行期间节能考核，考核时间从2011年6月14日开始到2011年8月10日为止，两台泵连续运行58天。运行考核期间正值盛夏时节，处于用水高峰，各用水单位在此期间都能正常生产。运行的两台新泵与改造前的三台DFSS350430 泵相比：电度表计量显示，改造前日均用电量21750KWH，改造后日均用电量14610KWH，日均节约电能7140KWH，节电效果十分明显，节电率达33%，按照年运行330天计算，年节约94万多元。在生产实践中，经过对泵的性能参数的核算，查找出了泵的效率低下的真正原因；同时，借助科研机构和节能公司的技术力量，通过设计、制造、安装、使用性能优良的高效率泵，解决了我公司的循环水系统生产实际问题，为企业创造了效益，也为节