电厂离心式水泵节能改造技术探析及应用实例

电厂离心式水泵节能改造技术探析及应用实例

耿天霞 刘新蕾

济南山源环保科技有限公司

摘要：某电厂1000MW机组凝汽器循环水采用江水直流冷却，由于江水含泥沙量较大，循环水泵导轴承易磨损，因此3台循环水泵各配备2台冷却水泵，用以给循环水泵导轴承进行冲沙、润滑。在循环水泵运行时，采用工业水持续冲沙、润滑导轴承，防止江水润滑易于磨损的情况发生。同时该冷却水泵对循环水泵电机冷风器进行冷却。

关键词：电厂;离心式水泵;节能改造技术;

引言

现在很多石油化工企业的循环水系统，富余能量很大，对循环水系统进行节能改造，首先对整改循环水系统管网进行系统调节，回收各个换热单元多余的能量，其次对循环水泵进行节能改造，可对循环水泵的进行整体改造，水泵、电机全部进行更换，通过对水泵效率分析，结合系统所需水量，利用三元流分析设计新水泵叶轮和蜗壳，电机通过与水泵匹配更换为变频电机.

1离心式水泵

离心式水泵主要是利用水的离心运动而制成的抽水机，主要是由泵壳、泵轴、泵架和叶轮组成的，离心式水泵在启动前应该在里面灌满水，旋转叶轮带动水高速旋转，使水在离心力的作用下高速旋转，从而向外甩出，在转轴附近形成一个极大的低压区。外界的水由于气压原因，被冲入泵内，冲进的水又被甩出，循而往复，水才能不断地从低处抽到高处。因此电机和叶轮的稳定运行是离心泵工作的重要因素，为了承受相应的水压和高强度运转，离心泵的钢结构需要具备足够的强度。

2离心式水泵运行常见故障

2.1缺乏全面的冷却

在检修过程中发现高压水泵设备型号比较老旧，性能较低。当前要求定期对水泵型号进行更新，并非是确保高压水泵能满足日常生产需求，更重要的是新型水泵的功能更加全面，能避免一些传统水泵的缺陷和不足。而该水泵型号老旧，机械密封冲洗还是传统的顶部进水方式，设备冷却耗时长，无法进行局部冷却，加大了水泵机械密封故障的发生率。

2.2水垢堆积较多

在水力除焦系统中水是非常重要的组成部分，其由各种元素组成，其中所含的一些大分子物质无法被有效分解，因此在水泵运行时无法被分解的大分子物质就停留在密封表面，长此以往就形成水垢。理论上只要有水的参与就必然会形成水垢，但只要定时进行清理对设备的使用寿命影响并不大。但通过观察发现，该高压水泵密封面残留了大量水垢，超过一般性水流过后产生的量。深入调查发现，主要是因为高压水泵在运行时，在高温的侵蚀下水流密度分布出现不均衡现象，集中于某一个方向，因此就使得这一方向出现大量的水垢，进而影响设备的正常运行，使得机械密封磨损面积增加.

3节能改造技术选择

常用的降低离心式水泵出力性能的方法如下。a.调节水泵出口隔离门的开度，这种调节方法简单，但隔离门在部分开度情况下，节流损失较大，节能效果差。b.加装电机变频器或永磁调速的技术，通过调节电机转速来达到水泵出力的调节。但该技术经济投资大、技术复杂、维护成本高。一般变频器和永磁调速器的费用高达几十万元甚至上百万元，再加上后续的维护检修成本，投资更大［1］。c.车削叶轮外径。利用离心式水泵叶轮在最大允许车削量范围内，相应工况点效率基本不变的特性，适量切削叶轮外径，降低泵轴、电机功率消耗及出口扬程、流量等技术参数。由于该冷却水泵扬程、流量富余量较大，经调研论证可通过加工车削水泵叶轮的方式，降低水泵扬程和出力，来达到节能、降噪、安全运行的效果。

4改造过程

4.1叶轮定制具体流程

(1)蜗轮通道的高精度测量对泵壳和蜗轮进行了三维测量，需要对其进行优化以适应后续蜗轮壳和导向轮。(2)三维建模(模型设计)结合现场测量数据进行轮式设计，利用ICEM分割非结构化网格，并利用CFD仿真估算泵运行性能。(3)模型设计从数值分析结果中选择多个更高效的机翼进行模型加工。高精度机器的制造使用高精度和高精度机器，专门用于加工通常用于空气、空气、军事、科学和精度领域的复杂曲面。(4)实验和修正实验主要用于测试水泵的性能，包括能量、压缩空气、效率和空气分离，收集和分析输入输出压力、压力测量和集线器的数据，根据实验结果评估泵的性能，调整泵车轮参数，再细化，用高精度机器退出模型旋转，然后进行泵模型。(5)成品的加工是以实证结果模型为基础，采用成熟的工业技术加工成品。

4.2车削后检查泵的性能参数

根据30mm叶轮转速外径的计算，车削后泵流量为q ' = 48.7 m3/h，主轴h ' = 27.4m，作业电流I ' = 27.7 a，车削后泵流量ns = 49.7m/h，最小流量39m m3/h；泵输送机h ' = 27.4m，最小takt 15m；泵电流I ' = 27.7a，低于额定电流28.9 a；泵小于转速ns=49.7，小于转速之前的转速49，从而充分满足泵效率。

4.3重要系统功能

1)系统分为手动和自动控制，在出现故障时可以手动切换。水位变化用注入式固定式液压压力表进行监测，以显示水位差异，在不同转速的低水位和高水位下调节，确保地下水水位在正常范围内，泵在过低压力下停止工作。2)泵采用变频器和小电流运行，泵转速线性控制，故障率低，维护时间短。变频器提供过载、欠电压、短路、过电流等保护，从而提高了设备安全运行的性能。如果安装了停机位并监控了电机故障报警，则监控设备。5)性价比低于SPS控制。

5改造后水泵能耗及经济性对比

改造前后电机电压不变，电流由40A降低为27.7A，改造前电机功率15kW，由以上数据和三相交流异步电机的输入功率公式P=槡3UIcosφ，计算改造后单台离心泵电机降低功率4.6kW，按年利用小时数5000h，年节约厂用电量约30000kWh。按上网电价0.384元/kWh计算，每年可提高售电利润约11.5万元。而整个改造过程仅需在加工厂对叶轮外径进行车削，加工费仅300元，检修费400元，共计改造费不足千元，投资极小，改造收益明显。对比加装变频器或永磁调速器投资几十万元甚至上百万元，车削叶轮改造方式投资小，利润回收周期短，方法简便，且无后续附加的高昂维护费用。

结束语

对该离心泵实施泵叶轮车削改造后，实际测得 水泵运行电流 25. 3 A，水泵出口压力 0. 46 MPa， 电机外表面温度 48 ℃，电机噪音 85 dB，均满足 技术和噪声要求。改造后运行电流降低了 12. 3 A， 降低了 30%，节能效果明显。对该厂其他 5 台泵进 行相同的改造，每台泵均达到了近似的效果。由此可见，利用水泵的切割定律，解决泵流量、扬程富余及轴功率(运行电流)过大的问题是完全切实可行的方法，投资小，节能效果明显，方法简便，还可以达到降噪和改善电机运行安全性的效果，对电厂其他水泵、风机的节能改造具有较大借鉴和推广意义。

参考文献

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[2]闫殳裔,李光耀,石卓立.离心式水泵故障维修及密封性问题探讨[J].机械研究与应用,2020,33(06):206-208.

[3]史德友,朱胜良,张永康,周凯,成志江,蒋伦.某企业水泵节能改造实例浅析[J].攀枝花学院学报,2020,37(05):47-51.

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