2014年2月Feb. 2014第37卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol37 No. 1循環(huán)水泵的節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用張陽(內(nèi)蒙古伊秦煤制油有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300)摘要:循環(huán)水系統(tǒng)3臺大型雙吸泵自投運(yùn)以來運(yùn)行效率低下,存在很大的能源浪費(fèi)。通過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(shè)計方法對葉輪進(jìn)行重新設(shè)計與加工,改造后水泵運(yùn)行效果良好,節(jié)能效果顯著。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵YCGF流體輸送高效節(jié)能技術(shù)三元流葉輪1概述換頻繁。內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司(簡稱伊泰公司)循環(huán)水裝置原設(shè)計安裝使用3臺單級臥式2水泵系統(tǒng)存在問題的原因分析雙吸離心水泵,型號為DFSS800-840,由上海東方通過對3臺水泵日常運(yùn)行狀況及參數(shù)的長期泵業(yè)集團(tuán)公司制造,單臺泵設(shè)計流量為6900m3/收集、分析,初步判斷問題的原因大致有以下幾個h,設(shè)計揚(yáng)程為55m;配套電機(jī)型號為YKK710-8,方面由重慶賽力盟電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn),額定功率1)水泵組匹配不合理,難以達(dá)到最佳運(yùn)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(jī)設(shè)計工A,轉(zhuǎn)速746r/min。運(yùn)行方式為2開1備,并聯(lián)運(yùn)況不匹配,電機(jī)設(shè)計功率偏小,造成水泵運(yùn)行期間行。水泵改造前運(yùn)行工況見表1。出口閥開度大,導(dǎo)致電機(jī)超額定電流而過載,但水衰1改造前水泵實(shí)際運(yùn)行工況泵實(shí)際流量始終無法達(dá)到設(shè)計值。而較小的閥門項(xiàng)目A泵B泵C泵開度又使管路流動阻力損失增大,造成水泵氣蝕出口總管壓力/MPa0.52現(xiàn)象明顯,進(jìn)一步降低了水泵的實(shí)際運(yùn)行效率?；厮偣軌毫Pa0.352)水泵經(jīng)長期運(yùn)行,動靜間隙增大,容積損失電流/A增加,效率降低。電壓/V6146616862103)氣蝕現(xiàn)象造成泵體振動加大,葉輪及軸承電機(jī)輸入功率/kWl463.11430914409等主要部件使用壽命短,檢修更換頻繁。電機(jī)平均輸入功率W144.974)水泵設(shè)計沒有采用當(dāng)前先進(jìn)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)2臺泵合計耗電量/kWh2臺泵運(yùn)行平均總流量/(m3h2)計,泵內(nèi)容積摜失及渦流損失較大,制造精度較10970注:1)A、B泵數(shù)據(jù)采集時間為2012年11月28-30日,C泵差,自身效率較低。數(shù)據(jù)采集時間為2012年6月1-3日2)電流、電壓為現(xiàn)場表計讀數(shù),母管壓力為精密表計讀數(shù),3水泵節(jié)能改造方案的選擇下同表2;目前國內(nèi)常用的水泵節(jié)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(yùn)以來性能及收稿日期:2013-10-13;收到修改稿日期:2013-12-19。使用效果不佳,存在諸多問題,主要表現(xiàn)為:水泵作者簡介:張陽,男,1975年出生,工程師,本科學(xué)歷,1997年畢業(yè)于河北工業(yè)運(yùn)行效率低(2臺泵實(shí)際綜合效率僅為537%),能油有限責(zé)任公司YHE中國煤化工蒙古伊泰媒制聯(lián)系電話:耗高,葉輪和軸承等主要部件使用壽命短,檢修更13514872925;ECNMHG去瓦做2014年第37卷式:①對葉輪外圓尺寸進(jìn)行切割改造;②更換使用通過多方查詢、比較以及對改造方案的論證變頻調(diào)速電機(jī)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(jié)能技術(shù)有限公司的的流體輸送高效節(jié)能技術(shù)重新設(shè)計替換低效泵或YCCF水泵高效節(jié)能技術(shù)對3臺循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)更換高效節(jié)能的三元流葉輪對水泵進(jìn)行改造。從能改造。改造內(nèi)容主要是采用量身定做的高效節(jié)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(zhuǎn)子更換原有舊水泵轉(zhuǎn)子,原設(shè)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(yáng)程,從具有投資小,見效快,對生產(chǎn)影響小的優(yōu)點(diǎn)而降低水泵電機(jī)的運(yùn)行功率,達(dá)到節(jié)能的目的,這是最簡單的改造方法。但由于水泵改造前運(yùn)行流4YCGF流體輸送高效節(jié)能技術(shù)的技術(shù)原理及量已經(jīng)小于設(shè)計要求,如流量進(jìn)一步降低則無法特點(diǎn)1滿足工藝生產(chǎn)要求,且切割葉輪外圓會進(jìn)一步降YCGF流體輸送高效節(jié)能技術(shù)是利用精密的低水泵運(yùn)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(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的工造況參數(shù)和相關(guān)的設(shè)備參數(shù),按照“合理流量、最低32更換使用變頻調(diào)速電機(jī)對水泵進(jìn)行改造阻抗、最高效率”循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則,建此改造方式根據(jù)頻率與轉(zhuǎn)速、流量成線性關(guān)立系統(tǒng)能量平衡測試與計算標(biāo)準(zhǔn),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(shè)備、制冷設(shè)備、冷卻塔等方面入手,進(jìn)改變轉(zhuǎn)速、流量,達(dá)到降低功耗的目的。但由于該行系統(tǒng)能量利用效率分析,評價系統(tǒng)當(dāng)前能源利循環(huán)水系統(tǒng)水量負(fù)荷基本穩(wěn)定,降低水泵轉(zhuǎn)速的用效率指標(biāo),找出系統(tǒng)存在高能耗的原因。結(jié)合生同時會造成水泵流量的下降,不能滿足工藝生產(chǎn)產(chǎn)工藝要求,準(zhǔn)確找到設(shè)備與流體輸送相匹配的需求;同時流量降低會使水泵工作特性曲線偏離最佳工況點(diǎn),提高系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案,達(dá)最佳效率工作區(qū),造成水泵實(shí)際效率下降;另外更到節(jié)能目標(biāo)。換大型變頻電機(jī)及控制系統(tǒng)所需投資巨大。因而葉輪是決定水泵性能好壞的一個關(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一直采用一元流理論設(shè)計葉33利用流體輸送高效節(jié)能技術(shù)進(jìn)行改造輪,該設(shè)計理論假定進(jìn)出口流通截面及流道內(nèi)部流體輸送高效節(jié)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(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的工況參數(shù)和個自變量的函數(shù)。據(jù)此設(shè)計出葉片的幾何形狀,相關(guān)的設(shè)備參數(shù),分析系統(tǒng)存在高能耗的原因,準(zhǔn)制作多種模型進(jìn)行試驗(yàn),擇優(yōu)選用。由于離心泵在確找到設(shè)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(tǒng)存在的不利因素。針對循輪的模型也只能是有限的數(shù)種,因而無法保證優(yōu)環(huán)水系統(tǒng)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(dǎo)致離心泵葉輪偏采用高效節(jié)能泵替換低效泵或更換高效節(jié)能的三離設(shè)計最佳效率點(diǎn),進(jìn)而影響泵的實(shí)際運(yùn)行效率。元流葉輪,從而消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高而YCGF流體輸送高效節(jié)能技術(shù)的水泵葉輪能耗,提高流體輸送效率,達(dá)到系統(tǒng)徹底和最佳的設(shè)計采用目前先進(jìn)的三元流動理論。從考慮水力節(jié)能效果。目前此種改造均由國內(nèi)專業(yè)的節(jié)能技損失最小效率最高和抗氣蝕性能最好著手,對葉術(shù)服務(wù)公司承包完成。項(xiàng)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分析,采理模式,業(yè)主公司不用出前期資金,只要提供現(xiàn)有用CFD流體力學(xué)計算分析和試驗(yàn)研究,對水力模的設(shè)備平臺,由節(jié)能技術(shù)公司提供項(xiàng)目改造資金、型進(jìn)行篩選和修正,尋找不同的流動和幾何參數(shù)技術(shù)、安裝、維修等一系列的服務(wù),只在節(jié)約的電的最優(yōu)組合。三元流動理論就是把葉輪內(nèi)部的三費(fèi)中分成來返回資金,并承擔(dān)項(xiàng)目改造中的所有元立體空間無限地分割,通過對葉輪流道內(nèi)各工風(fēng)險。作點(diǎn)的分析,建立起完整、真實(shí)的葉輪內(nèi)流體流動與前2種方式相比,采用流體輸送高效節(jié)能的數(shù)學(xué)模型洪行訓(xùn)公滷憶斗算。運(yùn)用三元技術(shù)調(diào)整改變水泵性能的改造方式最為可取,且流設(shè)計方法中國煤化工葉片數(shù)、扭曲基本無需改造費(fèi)用,從而節(jié)省大量資金。葉片各截面CNMH的葉片形狀為第1期張陽.循環(huán)水泵的節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用不規(guī)則曲面形狀,其結(jié)構(gòu)可適應(yīng)流體的真實(shí)流態(tài),為抗氣蝕性能更為優(yōu)良的不銹鋼1Crl3N1材質(zhì)。從而避免葉片工作面的流動分離減少流動損失,臺階減壓人字形弧槽并能控制葉輪內(nèi)部全部流體質(zhì)點(diǎn)的速度分布,獲得水泵內(nèi)部的最佳流動狀態(tài),保證流體輸送的效率達(dá)到最佳。因此,應(yīng)用三元流動理論設(shè)計的水臺階減壓式密封泵,運(yùn)行效率得以顯著提高,具有明顯的節(jié)能效果三元流葉輪與傳統(tǒng)的一元流葉輪比較有如下區(qū)別及特點(diǎn)圖1新臺階式密封口環(huán)結(jié)構(gòu)1)三元流葉片流道寬,輪轂減少,通流能力增不同于傳統(tǒng)水泵葉輪的整體木模制造方法,大;同時葉輪直徑減少,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(jié)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流表面用數(shù)控機(jī)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;同時葉片進(jìn)口邊向來流進(jìn)囗伸展,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(xiàn)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抗氣蝕性能。尺寸精度和表面質(zhì)量,新葉輪葉片型線誤差最大3)對中、高比轉(zhuǎn)速的三元流雙吸葉輪采用相為08mm,過流表面粗糙度不低于63m。葉輪出鄰葉片相互交錯的結(jié)構(gòu),大大降低了水流脈沖,使廠前進(jìn)行探傷檢查及動平衡試驗(yàn),確保無明顯鑄水流更加平穩(wěn),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(jù)三元流動理論設(shè)計出來的葉輪配以先進(jìn)1.1g的三元流葉輪制造工藝,使葉輪的葉片型線完全2013年3月22日,伊泰公司首先組織對循環(huán)達(dá)到設(shè)計要求,最大限度地降低了泵內(nèi)的損失、沖水裝置的C水泵進(jìn)行了改造,更換了重新設(shè)計制擊和噪音,泵的效率和運(yùn)行可靠性得以顯著提高。造的節(jié)能高效葉輪轉(zhuǎn)子。泵殼體及管路附件未作更換及改動,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(jù)上述YCGF設(shè)計理論的指導(dǎo),在保證新改造前后水泵葉輪情況分別見圖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(chǔ)上,對葉輪重新設(shè)計?？紤]到原水泵運(yùn)行過程氣蝕嚴(yán)重,通過將原型葉輪在計算機(jī)上用CFD軟件仿真,發(fā)現(xiàn)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)措施來降低水泵的氣蝕余量;此外臺階式密封口環(huán)設(shè)計結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了葉片人口角的有效距離,使改型葉輪進(jìn)口段呈減速型。新臺階式密封口環(huán)結(jié)構(gòu)如圖1所示。改型葉輪出水段因葉片入口角有效距離擴(kuò)展圖3改造后水泵葉輪后呈流線加速型,從而減少了出口渦流和回流,降低了流動損失提高了水泵效率改普了抗氣蝕性6改造后水中性穩(wěn)水能,降低了電機(jī)電能耗。為進(jìn)一步增強(qiáng)葉輪的抗氣3臺水泵CNMHG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(fù)荷時電機(jī)還仃電流大輜障低,節(jié)能效果大瓦做2014年第37卷明顯:同時水泵氣蝕現(xiàn)象基本消除,泵體振動及運(yùn)運(yùn)行效率值達(dá)到72%通過表1和表2的數(shù)據(jù),可行噪音大幅降低,改造效果令人滿意。水泵改造后以計算出2臺泵節(jié)電量為5333kWh,節(jié)電率為運(yùn)行工況見表2。185%。每年運(yùn)行時間按350d,工業(yè)電費(fèi)按052衰2技改后水泵實(shí)際運(yùn)行工況元/kWh計算,年節(jié)電量約44×10kWh,折合人項(xiàng)目A泵B泵C泵民幣約233萬元。出口總管壓力/MPa回水總管壓力/MPa7結(jié)束語通過對伊泰公司循環(huán)水裝置3臺循環(huán)水泵葉電壓/V6080電機(jī)輸人功率/kW117811761181輪的節(jié)能改造,不僅使水泵實(shí)際運(yùn)行效率大幅提電機(jī)平均輸入功率/kW高,而且節(jié)約了大量的電能,大大降低了生產(chǎn)成兩臺泵合計耗電量/kWh2356.6本;同時解決了循環(huán)水泵多年的氣蝕振動大問題,兩臺泵運(yùn)行平均總流量/(m3h-)11000節(jié)約了大量的設(shè)備檢維修費(fèi)用。改造達(dá)到了預(yù)期注:1)表中數(shù)據(jù)采集時間為2013年5月27-28日;目的取得了顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。2)B泵電機(jī)輸入功率根據(jù)測量電流、電壓按照三相異步電參考文獻(xiàn)動機(jī)功率公式P=V3Uoo(cob=082)計算。[1]湖南易創(chuàng)節(jié)能技術(shù)有限公司湖南易創(chuàng)“YcGF"流體輸送高根據(jù)表2數(shù)據(jù)計算,改造后2臺泵實(shí)際綜合效節(jié)能技術(shù)說明,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 resultKey words: circulating water pump; YCGF fluid convey and high efficient energy saving technology;3D flow impeller中海油菏澤焦?fàn)t尾氣制合成天然氣項(xiàng)目投產(chǎn)2013年12月14日,中國海洋石油總公司菏澤焦?fàn)t尾氣制合成天然氣(SNG)項(xiàng)目成功開車投產(chǎn)。該項(xiàng)目位于菏澤市鄆城縣煤化工業(yè)園區(qū),占地約112畝,由中海油山東新能源有限公司負(fù)責(zé)投資建設(shè),利用當(dāng)?shù)?20萬噸焦化項(xiàng)目所產(chǎn)焦?fàn)t煤氣與化肥廠的二氧化碳廢氣混合后,經(jīng)甲烷化制取合成天然氣,再經(jīng)深冷制液化天然氣(ING),以解決山東地區(qū)清潔車用燃料的供應(yīng)問題。項(xiàng)目的甲烷化裝置采用托普索公司的專利技術(shù) TREMP甲烷化工藝。托普索在工藝設(shè)計中創(chuàng)新性地引入了外源的二氧化碳?xì)怏w與焦?fàn)t尾氣進(jìn)行混合后再甲烷化,不僅可以更充分地利用焦?fàn)t煤氣中的有用化合物成分以提高天然氣產(chǎn)量,而且還可以同時減少二氧化碳排放。該項(xiàng)目投產(chǎn)后,每年可回收利用焦?fàn)t尾氣2.6億立方米及二氧化碳3萬噸,生產(chǎn)1.3億立方米(約10萬哋液化天然氣),并可實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t廠副產(chǎn)的甲烷、二氧化碳、二氧化硫、煤焦油、蔡、氨等有害物質(zhì),以及鄰近的化肥廠二氧化碳的大量減排,充分實(shí)現(xiàn)變廢為寶、凈化環(huán)境,有利于改善當(dāng)?shù)卮髿赓|(zhì)量。1中國煤化工CNMHG汪家銘