杭汽發(fā)真空冷卻砂處理循環(huán)水系統設計存在的問(wèn)題與分析

土木建筑學(xué)術(shù)文庫第13卷2010 年杭汽發(fā)真空冷卻砂處理循環(huán)水系統設計存在的問(wèn)題與分析.湯侗李然(機械工業(yè)第四設計研究院)(河南智中建筑工程設計院)摘要冷卻循環(huán)水系統設計中對于不同壓力流量要求的用水點(diǎn)應該如何選擇合適水泵來(lái)滿(mǎn)足，選擇不合適的水泵會(huì )帶來(lái)怎樣的問(wèn)題，我們通過(guò)對中國重汽集團杭州發(fā)動(dòng)機有限公司鑄造廠(chǎng)搬遷改造項目砂處理工部循環(huán)水泵房的工況分析來(lái)具體討論一下。關(guān)鍵詞真空冷卻混砂機 冷卻循環(huán)水系統變頻機組中國重汽集團杭州發(fā)動(dòng)機有限公司鑄造廠(chǎng)搬遷改造項目砂處理工部安裝- - 臺真空冷卻混砂機。給排水專(zhuān)業(yè)需要提供循環(huán)冷卻水，工藝專(zhuān)業(yè)所提資料要求流量350m2/h,壓力0.40MPa。按照所提資料我專(zhuān)業(yè)選擇流量365m/h、揚程0.52MPa、功率90kW、轉速1450r/min.額定電流165安培的水泵兩臺(一用- -備)。設備安裝完成進(jìn)行試運行,循環(huán)水回水管閥門(mén)全開(kāi),按照離心泵開(kāi)機原則進(jìn)行閉閥啟動(dòng),待水泵出口壓力表達到0.5MPa時(shí)打開(kāi)出水閥門(mén)，當出水閥門(mén)開(kāi)啟至30°時(shí)電流表顯示電流已達到150安培。當出口閥門(mén)開(kāi)至50°時(shí)已經(jīng)超過(guò)了額定電流，再開(kāi)大閥門(mén)則水泵配電柜開(kāi)關(guān)過(guò)流自動(dòng)保護跳閘。按照正常情況水泵出口閥門(mén)全開(kāi)電流不應超過(guò)額定電流。由于配電柜內安裝了軟啟動(dòng)器,且工作正常，排除了電機啟動(dòng)時(shí)峰值電流過(guò)大引起開(kāi)關(guān)跳閘的因素,則問(wèn)題應出在水泵啟動(dòng)后實(shí)際出流量與設計出流量的差別上?，F在我們來(lái)分析-下產(chǎn)生這種現象的原因。該設備共兩個(gè)循環(huán)水用水點(diǎn)。-個(gè)是在4m平臺上的板式換熱器冷卻循環(huán)水,其要求水量為320m/h,所需水壓0.20 MPa。另-個(gè)為30m平臺上的真空冷卻罐冷卻循環(huán)水，其要求水量為30m2/h,所需水壓0.40MPa。所提資料為低位置用水點(diǎn)的水量,高位置用水點(diǎn)的壓力,這樣就導致水泵選型和工況不符的現象。那是怎么造成水泵電機過(guò)流的呢?n)| 0xU)Yo-%0-E s黑線(xiàn)一 水泵特性曲線(xiàn)藍線(xiàn)-- 功辜曲線(xiàn)中國煤化工綠線(xiàn)一箐道特性曲線(xiàn)CNMHGI線(xiàn)-- 效率曲線(xiàn)0(n7h)圖1430杭汽發(fā)真空冷卻砂處理循環(huán)水系統設計存在的問(wèn)題與分析圖1為水泵的參數曲線(xiàn)，水泵特性曲線(xiàn)(Q -H) 與管道特性曲線(xiàn)(Q- Zh) 的交點(diǎn)即為水泵的工況點(diǎn)，即圖中點(diǎn)M.此處的流量和揚程以及該點(diǎn)所對應的軸功率和效率為水泵實(shí)際工況。圖中Hst為水泵凈揚程(即水泵吸水水盤(pán)的設計水面與用水點(diǎn)最高水位之間的距離)其數值為30m為工藝資料中用水點(diǎn)的高度。而實(shí)際在第一層的4m平臺上就有一個(gè)需要流量320 m/h的板式換熱器，即實(shí)際Hst= -4m,與資料相差31m。由于Hs圖It坐標降低，使得管道特性曲線(xiàn)整體下移為(Q←zh)'該曲線(xiàn)與水泵特性曲線(xiàn)交于A(yíng)點(diǎn)。此點(diǎn)為現場(chǎng)水泵實(shí)際工況點(diǎn)，該點(diǎn)流量急劇增大、揚程變小、但e- -H特性曲線(xiàn)比較平滑，揚程減小的幅度較小，因此軸功率大增，以至軸功率超過(guò)所配電機的功率限額。由于水泵動(dòng)力來(lái)源于電動(dòng)機,水泵軸功率增大即電機輸出功率增加，又因為電機輸人電壓為380V不變,則功率變大引起電流變大,使得水泵電機在使用時(shí)發(fā)生了過(guò)流的現象。為了使水泵正常使用且不超過(guò)額定工作電流，現場(chǎng)采取了關(guān)小回水閥門(mén)的方法，減小流量，降低了軸功率，也就降低了電流。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現回水閥門(mén)關(guān)閉60%的時(shí)候供水閥門(mén)全開(kāi)電流表顯示電流為145A,雖然不是最佳工作電流，但也維持在安全電流以?xún)?且出水量仍能滿(mǎn)足工藝專(zhuān)業(yè)的要求。為什么回水閥門(mén)關(guān)小不影響出流量而且使得電流維持在穩定范圍內呢?根據圖2我們能夠看到，對于管道特性曲線(xiàn),關(guān)小出水閥門(mén)相當于增加了管道的水力損失，特性曲線(xiàn)變陡，與水泵特性曲線(xiàn)相交于B點(diǎn)，該點(diǎn)所對應的水泵流量變小、揚程變大、軸功率變小。根據以上分析其電機電流變小。另外其流量減少是在A(yíng)點(diǎn)的基礎上, A點(diǎn)流量已經(jīng)遠遠大于設計流量,在此基礎上雖有所減小但其實(shí)際值還是可以滿(mǎn)足使用要求的。但這樣的方法建立在犧牲水泵效率的基礎上。人為增加管道損失，改變水泵的工況點(diǎn)，使大量的功率耗費在閥門(mén)水力損失上,浪費了電能，是非常不經(jīng)濟的?！黁WGH幾-《由)黑線(xiàn)一 -水泵特性曲線(xiàn)藍線(xiàn)--功率曲線(xiàn)綠線(xiàn)一管道特性曲線(xiàn)| 紅線(xiàn)一 -效奉曲線(xiàn)Pa(n?h)圖2如果要從根本上改變此泵房水泵的運行工況，則要從水泵選型和配置上著(zhù)手,按照實(shí)際情況應采取大流量低揚程水泵搭配高揚程低流量水泵使用，即一組流量343 m/h、揚程24m、功率45kW的DFG200-315( I )A/4/45水泵(-用一備)和一組量30 m2/h、 揚程48m、功率1IkW的DFG65- 400/4/11水泵(一用-備)。對應實(shí)際的兩個(gè)工況點(diǎn)，根據不同的情況進(jìn)行揩配使用。對于已建成的水泵房按照此方案進(jìn)行改造其牽扯的內容旗花下變化、更換水泵及泵房?jì)裙艿啦贾酶淖兊?。涉及?zhuān)業(yè)比較多。能否不更抄中國煤化工;進(jìn)行調整呢?THCNMH(首先考慮滿(mǎn)足工藝板式換熱器的要求。我們看看切削葉九心的口的。這需要計算原配置水泵的比轉數。水泵此轉數計算公式為:431土木建筑學(xué)術(shù)文庫第12卷2010 年n, = 3.65(Q12)(H)(/)(1)式中, ns為比轉速( r/min ); Q為水泵的流量( m'/s ); H為水泵揚程( m ); n為水泵的轉速( r/min)。將原配置水泵參數帶入式(1)得n, = 3.65 x 1450 x (630)121 (52)/)即n, =87.3。根據《水泵及水泵站》(第三版)中葉輪切削限量表中數據{2}該水泵的比轉速在120- 60之間,所以葉輪切削百分數應在15%~20%之間。而我們需要切削后的揚程為0.24MPa。原配置水泵揚程0.52MPa.根據葉輪切削律: .H'IH=(D2'ID2)4式中，H'為葉輪外徑切削為D.'時(shí)水泵揚程(MPa); D'為葉輪切削后外徑(mm); H、D2為水泵葉輪外徑切削前揚程和外徑(單位同上)?？傻萌绻獫M(mǎn)足原配置水泵揚程由0.52 MPa 降至0.24MPa則該水泵葉輪被切削百分數為32%。是超出該比轉速水泵葉輪切削限量范圍的，無(wú)法滿(mǎn)足動(dòng)平衡要求。所以利用切削葉輪來(lái)達到目的是行不通的。即原配置水泵加裝變頻器能否滿(mǎn)足降低揚程穩定流量的要求呢?變頻器遵循水泵中的比例定律。Q1/Qz n/mzH)/H2=(n/n2)2(4)NINz=(n/n2)'式中: Q, H, N-轉速n時(shí)的流量(m's),揚程(m),軸功率(kW)。2, H, N- -轉速n2時(shí)的流量(m'/s)、 揚程(m)軸功率(kW )。由于系統最高用水點(diǎn)所需壓力為0.40MPa,則將變頻器定壓值設置為0.40MPa。當只有板式換熱器工作時(shí)，系統所需壓力為0.20MPa, 流量為320 m'/h。 而變頻器定壓為0.40MPao根據公式(4)可知此工況下變頻器將自動(dòng)增大轉速而達到增加揚程的目的,但同時(shí)也根據公式(3)水泵出流量也會(huì )隨之增大，根據先前的分析此時(shí)水泵電機軸功率將增大，電機電流會(huì )超出額定范圍引起過(guò)流停機。對以上問(wèn)題的分析，我們可以看到能最有效滿(mǎn)足設備冷卻要求的方案就是采用大小水泵配合使用的方法。從中我們可以得出結論:在循環(huán)冷卻水系統中，如果冷卻水用水點(diǎn)不止-處而且每處的用水量及壓力差別很大時(shí)則應該分開(kāi)設置循環(huán)水泵，搭配使用。參考文獻川姜乃昌,金錐.《水泵及水泵站》|M].3版中國建筑工業(yè)出版社, 46.中國煤化工MHCNMHG432