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离心泵节能措施分析

  • 作者: 刘 岗
  • 时间: 2019-08-27 14:29:37
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摘要  根据离心泵现阶段存在的各项问题,从优化节能设计、合理选型、变频调节、合理布置管路、加强维护及保养等方面对离心泵的节能技术措施进行了深入探讨,以期能在离心泵的节能技术工作中有所借鉴,为生产企业、研究学者及用户提供参考。

关键词  离心泵;节能技术;变频调速;选型

ABSTRACT  According to the problems of centrifugal pumps at present, the energy-saving technical measures of centrifugal pumps are discussed from the aspects of optimizing energy-saving design, rational selection, frequency conversion regulation, rational arrangement of pipelines, strengthening maintenance and so on. In order to provide reference for energy-saving technology of centrifugal pumps and for manufacturers, researchers and users.

KEY WORDS   centrifugal pump; energy saving technology; frequency conversion speed regulation; type selection

 

引言

离心泵是靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的机械设备,它具有性能适范围广、体积小、结构简单、容易操作等诸多优点。离心泵种类很多,性能参数各异,可以满足不同场合、不同用户的要求。在企业的生产活动中,离心泵被广泛用于动力传输等方面,尤其是石油化工装置中,离心泵有着举足轻重的地位,同时也是电能的主要消耗设备之一。

根据国内专业机构的研究报道,不管在国内还是国外,离心泵的耗电量都非常高,尤其是在石油化工行业,离心泵的能耗量非常惊人,必须考虑如何降低能耗,提高泵的运行效率。而在我国,离心泵的运行效率普遍比国外低20%左右,原因是因为我国超过大半的离心泵其运行状况都不合理,从而导致电能消耗的增高。因此,为了解决现阶段我国离心泵能耗高的困境,必须综合分析各种外在及内在因素,提出切实可行的节能技术方案,想尽办法提高离心泵的运行效率。这不光能为企业提高经济效益,还能节约能源,保护环境,实现资源的最优化利用,对社会可持续发展具有重大意义。

离心泵能耗高的因素

离心泵在使用过程中,为了避免出口阀门全开时容易出现的超功率、轴承过热等非正常状况的发生,厂家对离心泵的设计往往趋向于全扬程理念,也就是说,在离心泵的整个工况曲线上,其扬程都不会超功,但是,却没有把实际使用的工况点设计在高效区,这直接降低了离心泵的运行效率,引起能耗增高。

以往对离心泵的节能认知理念也是制约离心泵节能效益的主要问题。以往理念认为,效率指标越高越节能,因此设计中仅考虑如何提高效率指标。实际上,离心泵的节能环保设计理念不仅仅是提高效率指标的问题,还包括可靠性、稳定性、环境适应性、使用寿命以及对材料的利用率等等在内。总体来说,离心泵的节能环保设计理念应该是一个综合的、可持续发展的、全面的体系。

2.1 设备选型不合理

在设备选型过程中,许多用户都喜欢选大一点的型号,以保证能用。离心泵在运行过程中会受到很多因素的影响,包括管道阻力、阀门泄露、负荷波动、流体性质、机械损耗等等,因此需要附加一定的余量。但是,如果将流量和扬程的余量放得很大,就会导致离心泵的实际运行效率远低于设计的最高效率,使电机的功率得不到充分有效地利用,也使大量的电能做了无用功,有违节能环保设计理念。这不仅增加了用户的购置成本,也增加了运行成本。

2.2 设备使用保养不当

随着使用时间的延长,离心泵的各项性能指标会有一定程度的下降。这时,如果用户不能加强维护和保养,有故障隐患时检修不及时,就会影响到泵的正常使用,出现的状况有:运行效率下降噪音增大流体打不到指定高度等。还有一些用户,为了满足场地建设需要或贪图操作方便,没有按设计标准布置管路,任意修改管路行程,拉长管道距离,增加过多弯头,导致管路的水利损失严重。以上问题都造成能源的极大浪费和运行成本的增加。

离心泵使用过程中,密封间隙的长度及泵的单级扬程是基本不变的,因此大小口环的环流损失主要与大小口环的密封间隙的大小有关,大口环的密封间隙每磨损增加0.2mm,效率降低4%左右小口环的密封间隙每增加0.5mm,效率降低5%左右。  

由此可见,解决离心泵目前存在的设计、选型、使用等各项问题,是离心泵节能技术在我国能得到可持续发展的必然要求;也是我国离心泵节能技术走出国门,走向世界的必然趋势。

离心泵节能技术探讨

3.1 优化节能设计

标准化技术是离心泵技术发展的一个必然趋势。国内离心泵行业多数处于小批量生产状态。究其原因,一方面是为了满足不同用户的要求;另一方面是因为一些龙头企业刻意设置技术壁垒以达到技术垄断和提高市场竞争力的目的。如此一来,必将扰乱离心泵市场环境,大大增加企业的设计和制造成本。对用户来说,备件混乱则会导致维修成本大幅上升,影响工作进度,对经济发展极端不利。因此,实施离心泵零部件的标准化设计是离心泵技术发展的必然趋势。实施离心泵标准化设计后,将极大简化离心泵组装过程,降低制造成本,提高生产效率。同时也可以给用户提供便利,降低维修成本,达到优化节能设计的目的。

3.2 合理选型

离心泵的选型对节能来说非常重要。如果选型不当,不留余量,将无法满足使用需求;相反,如果保留的余量过大又会降低离心泵的运行效率,造成能源的浪费,同时也增加了企业的运行成本。只有合理的选型才可以使泵运行的工况点保持在高效区。因此,合理的选型十分重要。要做好离心泵的选型,首先要根据使用要求对离心泵的材质及适用场合做出选择,其次要根据离心泵的型号、规格、转速、配套电机功率做出选择,选型原则可根据以下几点:满足流体性质要求;满足实际需要的最大扬程及最大流量;优先选择体型小、结构相对简单、重量轻、转速高的离心泵;尽量选择性能曲线无驼峰的泵,或者使正常工况点偏离驼峰区,同时压能要够低,至少低于无流量时的压能,这样才能在往后的运行过程中投入同类设备并联使用;满足特殊用户的特殊使用要求。

3.3 变频调节

用户购买离心泵时,往往选择最大负荷下的扬程和流量,但实际使用过程中并不需要达到最大扬程和最大流量,这时就需要利用变频调节来改变泵的工况点,控制流量和扬程。离心泵的工况点由泵的特性曲线和管路特性曲线共同决定,因此,只要改变其中任何一个特性曲线就能达到调节的目的。通常情况下,最常见的调节方式是流量调节,包括调节阀门控制、变速控制和泵的串并联调节。但在使用过程中,调节阀门控制消耗的能量很大,尤其是在流量调节范围较大的情况下。而变速控制则可以根据流量来决定转速,使离心泵的转速和轴功率降低,有效避免调节阀门控制造成的功率消耗,降低阀门的磨损程度,延长阀门的使用寿命,从而达到节能降耗的目的。目前变频调节技术已经广泛应用于各类电机当中。

3.4 叶轮直径切割

在同一转速下,离心泵叶轮切割前后的外径与对应工况点的流量、扬程、功率间的关系。通过切割定律的计算公式(也可根据离心泵的流量、扬程、叶轮直径曲线图),可得知在转速不变的情况下,减小叶轮外径将使泵的性能曲线下降并且叶轮切割前后的扬程和流量比例关系是不变的,即扬程和流量的平方成正比关系不变,这种关系称为切割抛物线。叶轮的切割量不能太大,否则切割定律失效,并使泵效率明显降低一般要求泵工作时的效率与最高效率之的差值不低于5%~8%,在此范围作的称为泵割高效工作区。图1为离心泵性能曲线,横轴为流量,竖轴为扬程,4条平滑曲线上的200230250259为对应的叶轮直径,凹型曲线代表行对应的泵效率,65区域代表最高效率区域。

3.5 离心泵的管路布置

 合理布置管路。管路布置对离心泵能耗有显著影响,如管路弯曲,管道附件或组件较多,势必造成阻力的增加,管路损失增大。表1为常见管件、阀门的当量长度。

因此,管路布置的原则是:管道尽量短、直,转角尽量小,最大限度减少管路造成的能耗损失。除此之外,还要加强离心泵的维护及保养。定期检查离心泵系统运行状况,指定专人对其进行维护及保养,以保证离心泵能在最佳运行状态下工作,从而延长离心泵系统的使用寿命,节约成本,节约能源。

3.6 离心泵的节能案例

黄龙食品工业有限公司淀粉糖车间是2001年建设投产的,可能当时工艺提供的参数存在问题,也可能厂家选型的问题,蒸发工序(物料为糖浆)8台离心泵当时选型叶轮结构为开式。开式叶轮要比闭式叶轮在能效上降低10%~15%左右。

20185月份对这8台离心泵进行了更新,将开式叶轮改为闭式叶轮,改造后由原来的总功率63kW下降到39kW,总的运行电流也下降了28A。不但减少了设备故障,也降低了维修成本。全年按运行340d计算,全年可节省电费:

28A×380×0.9×1.732×24h×340d×0.6/kWh/1000=8.12万元

8台离心泵投资8.2万元。当年就收回了成本。

结语

离心泵的节能途径多种多样,技术方案层出不穷通过改变离心泵的设计、选型、变频调节、维护等可多方面、多角度达到预期的节能效果。但是,离心泵的节能之路依然漫长,要想达到预期节能效果还需要生产厂家、科研人员、及使用方的共同努力。因此,还需要对离心泵的节能技术做更深入性的研究和分析,加大对离心泵系统的优化设计和改造,合理使用并维护好离心泵。

 

参考文献

吴玉国, 程恩慧, 尹英焕. 《离心泵变频节能技术在储运罐区中的应用》

李家仲. 《离心泵节能技术探讨》.   

刘虎山. 泵性能曲线的形状对使用的影响[J]. 泵工程师, 2014(10): 42-48.

4    李肇全, 丁玉兴. 《化工原理》. 科学出版社.

 

作者单位:中粮生化能源(公主岭)有限公司,吉林 公主岭  136100