循環(huán)水泵的節能改造技術(shù)及應用

2014年2月第37卷第1期Feb.2014Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 37 No. 1循環(huán)水泵的節能改造技術(shù)及應用張陽(yáng)內蒙古伊泰煤制油有限責任公司,內蒙古鄂爾多斯010300)擁要:循環(huán)水系統3臺大型雙吸泵自投運以來(lái)運行效率低下,存在很大的能源浪費。通過(guò)對幾種解決方案的綜合對比分析,在不改變水泵其他零部件的前提下采用高效葉輪設計方法對葉輪進(jìn)行重新設計與加工,改造后水泵運行效果良好,節能效果顯著(zhù)。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵YCGF流體輸送高效節能技術(shù)三元流葉輪概述換頻繁。內蒙古伊泰煤制油有限責任公司(簡(jiǎn)稱(chēng)伊泰公司)循環(huán)水裝置原設計安裝使用3臺單級臥式2水泵系統存在問(wèn)題的原因分析雙吸離心水泵,型號為DFS800-840,由上海東方通過(guò)對3臺水泵日常運行狀況及參數的長(cháng)期泵業(yè)集團公司制造,單臺泵設計流量為6900m3/收集分析,初步判斷問(wèn)題的原因大致有以下幾個(gè)h,設計揚程為55m;配套電機型號為YKK710-8,方面:由重慶賽力盟電機有限責任公司生產(chǎn),額定功率1)水泵組匹配不合理,難以達到最佳運行工為1400kW,額定電壓為600V,額定電流為169況,實(shí)際效率低且能耗大。水泵泵體與電機設計工A,轉速746r/min。運行方式為2開(kāi)1備,并聯(lián)運況不匹配,電機設計功率偏小,造成水泵運行期間行。水泵改造前運行工況見(jiàn)表1。出口閥開(kāi)度大,導致電機超額定電流而過(guò)載,但水裹1改造前水泵實(shí)際運行工況泵實(shí)際流量始終無(wú)法達到設計值。而較小的閥門(mén)項目泵B泵C泵開(kāi)度又使管路流動(dòng)阻力損失增大,造成水泵氣蝕出口總管壓力MPa0.52現象明顯,進(jìn)一步降低了水泵的實(shí)際運行效率?；厮偣軌毫Pa0.352)水泵經(jīng)長(cháng)期運行,動(dòng)靜間隙增大,容積損失電流/A增加,效率降低。電壓/V616862103)氣蝕現象造成泵體振動(dòng)加大,葉輪及軸承電機輸入功率/kW1463.11430.914409等主要部件使用壽命短,檢修更換頻繁。電機平均輸人功率kW1444.972臺泵合計耗電量/kWh4)水泵設計沒(méi)有采用當前先進(jìn)的節能優(yōu)化設288992臺泵運行平均總流量/(mh2)計,泵內容積損失及渦流損失較大,制造精度較注:1)A、B泵數據采集時(shí)間為2012年1月28-30日,C泵差,自身效率較低。數據采集時(shí)間為2012年6月1-3日;2)電流、電壓為現場(chǎng)表計讀數,母管壓力為精密表計讀數,3水泵節能改造方案的選擇下同表2;目前國內常用的水泵節能改造主要有3種方3)流量計只安裝于3臺循環(huán)水泵出口總管上,下同表2。3臺循環(huán)水泵自2008年安裝投運以來(lái)性能及收稿日期:2013-10-13;收到修改稿日期:2013-12-19使用效果不佳,存在諸多問(wèn)題,主要表現為水泵作者簡(jiǎn)介:張陽(yáng),男,1975年出生,工程師,本科學(xué)歷,1997年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)機械電子工程專(zhuān)業(yè),現在內蒙古伊泰煤制運行效率低(2臺泵實(shí)際綜合效率僅為537%),能油有限責任公司公用工程車(chē)間從事設備管理工作。聯(lián)系電話(huà)耗高,葉輪和軸承等主要部件使用壽命短,檢修更13514872925-ml:13514872925@126cm瓦做014年第37卷式:①對葉輪外圓尺寸進(jìn)行切割改造;②更換使用通過(guò)多方查詢(xún)、比較以及對改造方案的論證變頻調速電機對水泵進(jìn)行改造;③利用目前先進(jìn)研究,最終選取湖南易創(chuàng )節能技術(shù)有限公司的的流體輸送高效節能技術(shù)重新設計替換低效泵或YCGF水泵高效節能技術(shù)對3臺循環(huán)水泵進(jìn)行節更換高效節能的三元流葉輪對水泵進(jìn)行改造。從能改造。改造內容主要是采用量身定做的高效節這3種方式中選取適合此次水泵改造的方案。能型水泵葉輪轉子更換原有舊水泵轉子,原設備31對葉輪外圓尺寸進(jìn)行切割改造泵體及其管路附件等不予更換、改變。此改造方案切割葉輪外圓可以降低水泵的流量、揚程,從具有投資小,見(jiàn)效快,對生產(chǎn)影響小的優(yōu)點(diǎn)。而降低水泵電機的運行功率,達到節能的目的,這是最簡(jiǎn)單的改造方法。但由于水泵改造前運行流4YCGF流體輸送高效節能技術(shù)的技術(shù)原理及量已經(jīng)小于設計要求,如流量進(jìn)一步降低則無(wú)法特點(diǎn)1滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求,且切割葉輪外圓會(huì )進(jìn)一步降YCGF流體輸送高效節能技術(shù)是利用精密的低水泵運行效率。因此該方案不適合此次水泵改儀器和先進(jìn)的檢測技術(shù),檢測系統當前運行的工造。況參數和相關(guān)的設備參數,按照“合理流量、最低32更換使用變頻調速電機對水泵進(jìn)行改造阻抗、最高效率”循環(huán)水系統經(jīng)濟運行的原則,建此改造方式根據頻率與轉速、流量成線(xiàn)性關(guān)立系統能量平衡測試與計算標準,從循環(huán)水泵組、系,與功率成三次方關(guān)系的原理,以改變頻率進(jìn)而管網(wǎng)、換熱設備、制冷設備、冷卻塔等方面入手,進(jìn)改變轉速、流量,達到降低功耗的目的但由于該行系統能量利用效率分析,評價(jià)系統當前能源利循環(huán)水系統水量負荷基本穩定,降低水泵轉速的用效率指標,找出系統存在高能耗的原因。結合生同時(shí)會(huì )造成水泵流量的下降,不能滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)產(chǎn)工藝要求,準確找到設備與流體輸送相匹配的需求;同時(shí)流量降低會(huì )使水泵工作特性曲線(xiàn)偏離最佳工況點(diǎn),提高系統過(guò)程能量?jì)?yōu)化解決方案,達最佳效率工作區,造成水泵實(shí)際效率下降;另外更到節能目標。換大型變頻電機及控制系統所需投資巨大。因而葉輪是決定水泵性能好壞的一個(gè)關(guān)鍵部件。該方案也不適合此次水泵改造。我國離心水泵多年來(lái)一直采用一元流理論設計葉33利用流體輸送高效節能技術(shù)進(jìn)行改造輪,該設計理論假定進(jìn)出口流通截面及流道內部流體輸送高效節能技術(shù)利用精密的儀器和先任何流通截面的水流分布是均勻的,而流速僅為進(jìn)的檢測技術(shù),檢測系統當前運行的工況參數和個(gè)自變量的函數。據此設計出葉片的幾何形狀相關(guān)的設備參數,分析系統存在高能耗的原因,準制作多種模型進(jìn)行試驗,擇優(yōu)選用。由于離心泵在確找到設備與流體輸送相匹配的最佳工況點(diǎn),并不同工況下其流量、壓力變化范圍很大,而這種葉提出最佳方案,整改系統存在的不利因素。針對循輪的模型也只能是有限的數種,因而無(wú)法保證優(yōu)環(huán)水系統存在“大流量、低效率、高能耗”的狀況,選模型與實(shí)際工況一致,這就導致離心泵葉輪偏采用高效節能泵替換低效泵或更換高效節能的三離設計最佳效率點(diǎn),進(jìn)而影響泵的實(shí)際運行效率。元流葉輪,從而消除因系統配置不合理引起的高而YCGF流體輸送高效節能技術(shù)的水泵葉輪能耗,提高流體輸送效率,達到系統徹底和最佳的設計采用目前先進(jìn)的三元流動(dòng)理論。從考慮水力節能效果。目前此種改造均由國內專(zhuān)業(yè)的節能技損失最小、效率最高和抗氣蝕性能最好著(zhù)手,對葉術(shù)服務(wù)公司承包完成。項目采用國際EMC合同管輪模型及流道進(jìn)行變分有限元三元流動(dòng)分析,采理模式,業(yè)主公司不用出前期資金,只要提供現有用CFD流體力學(xué)計算分析和試驗研究,對水力模的設備平臺,由節能技術(shù)公司提供項目改造資金、型進(jìn)行篩選和修正,尋找不同的流動(dòng)和幾何參數技術(shù)、安裝、維修等一系列的服務(wù),只在節約的電的最優(yōu)組合。三元流動(dòng)理論就是把葉輪內部的三費中分成來(lái)返回資金,并承擔項目改造中的所有元立體空間無(wú)限地分割,通過(guò)對葉輪流道內各工風(fēng)險。作點(diǎn)的分析,建立起完整、真實(shí)的葉輪內流體流動(dòng)與前2種方式相比,采用流體輸送高效節能的數學(xué)模型,進(jìn)行網(wǎng)格劃分和流場(chǎng)計算。運用三元技術(shù)調整改變水泵性能的改造方式最為可取,且流設計方法優(yōu)化葉片的進(jìn)出安放角、葉片數、扭曲基本無(wú)需改造費用,從而節省大量資金葉片各截面形狀等要素,設計出來(lái)的葉片形狀為第1期張陽(yáng).循環(huán)水泵的節能改造技術(shù)及應用不規則曲面形狀,其結構可適應流體的真實(shí)流態(tài),為抗氣蝕性能更為優(yōu)良的不銹鋼c3Nl材質(zhì)。從而避免葉片工作面的流動(dòng)分離減少流動(dòng)損失,臺階減壓人字形弧槽并能控制葉輪內部全部流體質(zhì)點(diǎn)的速度分布,獲得水泵內部的最佳流動(dòng)狀態(tài),保證流體輸送的效率達到最佳。因此,應用三元流動(dòng)理論設計的水臺階減壓式密封環(huán)泵,運行效率得以顯著(zhù)提高,具有明顯的節能效果三元流葉輪與傳統的一元流葉輪比較有如下區別及特點(diǎn)圖1新臺階式密封口環(huán)結構1)三元流葉片流道寬,輪轂減少,通流能力增不同于傳統水泵葉輪的整體木模制造方法,大;同時(shí)葉輪直徑減少,而出口寬度增大;此外三新葉輪在制造工藝上采用了鑄焊相結合的新工元流葉輪減少了進(jìn)口沖擊和出口尾跡脫流等損藝即葉輪水力各部件毛坯采用精密金屬模制造,失。這些特點(diǎn)大大提高了泵的水力效率。之后再將葉片及前后蓋板過(guò)流表面用數控機床精2)三元流葉輪槽道更寬,葉輪槽道水流速減確加工到位,葉片用特定的工藝與蓋板定位并進(jìn)小;同時(shí)葉片進(jìn)口邊向來(lái)流進(jìn)口伸展,減少了進(jìn)口行組焊,葉輪外形尺寸在完成熱處理后精確加工損失因此可以避免或減緩氣蝕現象發(fā)生,提高了到位。此制造工藝最大程度上保證了葉輪的型線(xiàn)抗氣蝕性能。尺寸精度和表面質(zhì)量,新葉輪葉片型線(xiàn)誤差最大3)對中、高比轉速的三元流雙吸葉輪采用相為08mm,過(guò)流表面粗糙度不低于6.3μm。葉輪出鄰葉片相互交錯的結構,大大降低了水流脈沖,使廠(chǎng)前進(jìn)行探傷檢查及動(dòng)平衡試驗,確保無(wú)明顯鑄水流更加平穩效率更高,氣蝕余量更低。造及焊接缺陷,葉輪最大外緣不平衡重量不大于依據三元流動(dòng)理論設計出來(lái)的葉輪配以先進(jìn)11g的三元流葉輪制造工藝,使葉輪的葉片型線(xiàn)完全2013年3月22日,伊泰公司首先組織對循環(huán)達到設計要求,最大限度地降低了泵內的損失、沖水裝置的C水泵進(jìn)行了改造,更換了重新設計制擊和噪音,泵的效率和運行可靠性得以顯著(zhù)提高。造的節能高效葉輪轉子。泵殼體及管路附件未作更換及改動(dòng),隨后又在2013年5月分別對A泵及5水泵改造的實(shí)施B泵進(jìn)行了改造。根據上述YCGF設計理論的指導,在保證新改造前后水泵葉輪情況分別見(jiàn)圖2和圖3。葉輪與原有葉輪基本裝配尺寸互換性一致的基礎上,對葉輪重新設計?？紤]到原水泵運行過(guò)程氣蝕嚴重,通過(guò)將原型葉輪在計算機上用CFD軟件仿真,發(fā)現原型葉輪進(jìn)水段呈加速型,易形成渦流沖擊葉輪,從而形成氣蝕。改型葉輪充分從提高水泵效率與解決氣蝕問(wèn)題入手,采用盡量加大葉輪進(jìn)圖2改造前水泵葉輪口直徑、葉片盡量前伸和減薄、采取正沖角等技術(shù)措施來(lái)降低水泵的氣蝕余量;此外臺階式密封口環(huán)設計結構擴展了葉片入口角的有效距離,使改型葉輪進(jìn)口段呈減速型。新臺階式密封口環(huán)結構如圖1所示改型葉輪出水段因葉片入口角有效距離擴展圖3改造后水泵葉輪后呈流線(xiàn)加速型,從而減少了出口渦流和回流,降低了流動(dòng)損失,提高了水泵效率,改善了抗氣蝕性6改造后水泵的性能及節能效果分析能,降低了電機電能耗。為進(jìn)一步增強葉輪的抗氣3臺水泵自完成改造后至今運行正常平穩,水蝕性能,將葉輪材質(zhì)由原始的普通鑄鋼材質(zhì)變更泵正常負荷時(shí)電機運行電流大幅降低,節能效果大瓦2014年第37卷明顯:同時(shí)水泵氣蝕現象基本消除,泵體振動(dòng)及運運行效率值達到72%通過(guò)表1和表2的數據,可行噪音大幅降低,改造效果令人滿(mǎn)意。水泵改造后以計算出2臺泵節電量為5333kWh,節電率為運行工況見(jiàn)表218.%。每年運行時(shí)間按350d,工業(yè)電費按052表2技改后水泵實(shí)際運行工況元/kWh計算,年節電量約448×10kWh,折合人項目泵B泵C泵民幣約233萬(wàn)元出口總管壓力/MPa0.56回水總管壓力MPa7結束語(yǔ)通過(guò)對伊泰公司循環(huán)水裝置3臺循環(huán)水泵葉電壓/V609560686080電機輸人功率/kW117811761181輪的節能改造,不僅使水泵實(shí)際運行效率大幅提電機平均輸入功率/kW11783高,而且節約了大量的電能,大大降低了生產(chǎn)成兩臺泵合計耗電量/kWh23566本;同時(shí)解決了循環(huán)水泵多年的氣蝕振動(dòng)大問(wèn)題,兩臺泵運行平均總流量/(m3h)11000節約了大量的設備檢維修費用。改造達到了預期注:1)表中數據采集時(shí)間為2013年5月27-28日;目的,取得了顯著(zhù)的節能效果和經(jīng)濟效益。2)B泵電機輸入功率根據測量電流電壓按照三相異步電參考文獻動(dòng)機功率公式PV3Uoh( cosc=082)計算。[1]湖南易創(chuàng )節能技術(shù)有限公司湖南易創(chuàng )“YCGF"流體輸送高根據表2數據計算,改造后2臺泵實(shí)際綜合效節能技術(shù)說(shuō)明.湖南株洲2012:1-2ENERGY SAVING REFORMATION AND ITS APPLICATION ONCIRCULATING WATER PUMPZhang Yang(Inner Mongolia yitai Coal to Oil Co, Ltd, Ordos 010300)Abstract: Three (3)large double suction pumps used in circulating water system in Inner MongoliaYitai CTO Co. were running under low efficiency since their startup, causing large energy waste. After studying several solutions, one that uses high efficient impeller design to rebuild and process the impeller withoutchanging other parts led to good operation and remarkable energy saving resultsKey words: circulating water pump; YCGF fluid convey and high efficient energy saving technology;3D flow impeller中海油菏澤焦爐尾氣制合成天然氣項目投產(chǎn)2013年12月14日,中國海洋石油總公司菏澤焦爐尾氣制合成夭然氣(SNG)項目成功開(kāi)車(chē)投產(chǎn)。該項目位于菏澤市鄆城縣煤化工業(yè)園區,占地約112畝,由中海油山東新能源有限公司負賁投資建設,利用當地120萬(wàn)噸焦化項目所產(chǎn)焦爐煤氣與化肥廠(chǎng)的二氧化碳廢氣泥合后,經(jīng)甲烷化制取合成天然氣,再經(jīng)深冷制液化天然氣(LNG),以解決山東地區清潔車(chē)用燃料的供應問(wèn)題。項目的甲烷化裝置采用托普索公司的專(zhuān)利技術(shù) TREMP甲烷化工藝。托普索在工藝設計中創(chuàng )新性地引入了外源的二氧化碳氣體與焦爐尾氣進(jìn)行混合后再甲炕化,不僅可以更充分地利用焦爐煤氣中的有用化合物成分以提高天然氣產(chǎn)量,而且還可以同時(shí)減少二氧化碳排放。該項目投產(chǎn)后,每年可回收利用焦爐尾氣26億立方米及二氧化碳3萬(wàn)噸,生產(chǎn)1.3億立方米(約10萬(wàn)噸液化天然氣),并可實(shí)現焦爐廠(chǎng)副產(chǎn)的甲烷、二氧化碳、二氧化硫、煤焦油、蔡、氨等有害物質(zhì),以及鄰近的化肥廠(chǎng)二氧化碳的大量減排,充分實(shí)現變廢為寶、凈化環(huán)境,有利于改善當地大氣質(zhì)量。汪家銘