循环水泵的节能改造技术及应用

2014年2月第37卷第1期Feb.2014Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 37 No. 1循环水泵的节能改造技术及应用张阳内蒙古伊泰煤制油有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯010300)擁要:循环水系统3台大型双吸泵自投运以来运行效率低下,存在很大的能源浪费。通过对几种解决方案的综合对比分析,在不改变水泵其他零部件的前提下采用高效叶轮设计方法对叶轮进行重新设计与加工,改造后水泵运行效果良好,节能效果显著。关键词:循环水泵YCGF流体输送高效节能技术三元流叶轮概述换频繁。内蒙古伊泰煤制油有限责任公司(简称伊泰公司)循环水装置原设计安装使用3台单级卧式2水泵系统存在问题的原因分析双吸离心水泵,型号为DFS800-840,由上海东方通过对3台水泵日常运行状况及参数的长期泵业集团公司制造,单台泵设计流量为6900m3/收集分析,初步判断问题的原因大致有以下几个h,设计扬程为55m;配套电机型号为YKK710-8,方面:由重庆赛力盟电机有限责任公司生产,额定功率1)水泵组匹配不合理,难以达到最佳运行工为1400kW,额定电压为600V,额定电流为169况,实际效率低且能耗大。水泵泵体与电机设计工A,转速746r/min。运行方式为2开1备,并联运况不匹配,电机设计功率偏小,造成水泵运行期间行。水泵改造前运行工况见表1。出口阀开度大,导致电机超额定电流而过载,但水裹1改造前水泵实际运行工况泵实际流量始终无法达到设计值。而较小的阀门项目泵B泵C泵开度又使管路流动阻力损失增大,造成水泵气蚀出口总管压力MPa0.52现象明显,进一步降低了水泵的实际运行效率。回水总管压力MPa0.352)水泵经长期运行,动静间隙增大,容积损失电流/A增加,效率降低。电压/V616862103)气蚀现象造成泵体振动加大,叶轮及轴承电机输入功率/kW1463.11430.914409等主要部件使用寿命短,检修更换频繁。电机平均输人功率kW1444.972台泵合计耗电量/kWh4)水泵设计没有采用当前先进的节能优化设288992台泵运行平均总流量/(mh2)计,泵内容积损失及涡流损失较大,制造精度较注:1)A、B泵数据采集时间为2012年1月28-30日,C泵差,自身效率较低。数据采集时间为2012年6月1-3日;2)电流、电压为现场表计读数,母管压力为精密表计读数,3水泵节能改造方案的选择下同表2;目前国内常用的水泵节能改造主要有3种方3)流量计只安装于3台循环水泵出口总管上,下同表2。3台循环水泵自2008年安装投运以来性能及收稿日期:2013-10-13;收到修改稿日期:2013-12-19使用效果不佳,存在诸多问题,主要表现为水泵作者简介:张阳,男,1975年出生,工程师,本科学历,1997年毕业于河北工业大学机械电子工程专业,现在内蒙古伊泰煤制运行效率低(2台泵实际综合效率仅为537%),能油有限责任公司公用工程车间从事设备管理工作。联系电话耗高,叶轮和轴承等主要部件使用寿命短,检修更13514872925-ml:13514872925@126cm瓦做014年第37卷式:①对叶轮外圆尺寸进行切割改造;②更换使用通过多方查询、比较以及对改造方案的论证变频调速电机对水泵进行改造;③利用目前先进研究,最终选取湖南易创节能技术有限公司的的流体输送高效节能技术重新设计替换低效泵或YCGF水泵高效节能技术对3台循环水泵进行节更换高效节能的三元流叶轮对水泵进行改造。从能改造。改造内容主要是采用量身定做的高效节这3种方式中选取适合此次水泵改造的方案。能型水泵叶轮转子更换原有旧水泵转子,原设备31对叶轮外圆尺寸进行切割改造泵体及其管路附件等不予更换、改变。此改造方案切割叶轮外圆可以降低水泵的流量、扬程,从具有投资小,见效快,对生产影响小的优点。而降低水泵电机的运行功率,达到节能的目的,这是最简单的改造方法。但由于水泵改造前运行流4YCGF流体输送高效节能技术的技术原理及量已经小于设计要求,如流量进一步降低则无法特点1满足工艺生产要求,且切割叶轮外圆会进一步降YCGF流体输送高效节能技术是利用精密的低水泵运行效率。因此该方案不适合此次水泵改仪器和先进的检测技术,检测系统当前运行的工造。况参数和相关的设备参数,按照“合理流量、最低32更换使用变频调速电机对水泵进行改造阻抗、最高效率”循环水系统经济运行的原则,建此改造方式根据频率与转速、流量成线性关立系统能量平衡测试与计算标准,从循环水泵组、系,与功率成三次方关系的原理,以改变频率进而管网、换热设备、制冷设备、冷却塔等方面入手,进改变转速、流量,达到降低功耗的目的但由于该行系统能量利用效率分析,评价系统当前能源利循环水系统水量负荷基本稳定,降低水泵转速的用效率指标,找出系统存在高能耗的原因。结合生同时会造成水泵流量的下降,不能满足工艺生产产工艺要求,准确找到设备与流体输送相匹配的需求;同时流量降低会使水泵工作特性曲线偏离最佳工况点,提高系统过程能量优化解决方案,达最佳效率工作区,造成水泵实际效率下降;另外更到节能目标。换大型变频电机及控制系统所需投资巨大。因而叶轮是决定水泵性能好坏的一个关键部件。该方案也不适合此次水泵改造。我国离心水泵多年来一直采用一元流理论设计叶33利用流体输送高效节能技术进行改造轮,该设计理论假定进出口流通截面及流道内部流体输送高效节能技术利用精密的仪器和先任何流通截面的水流分布是均匀的,而流速仅为进的检测技术,检测系统当前运行的工况参数和个自变量的函数。据此设计出叶片的几何形状相关的设备参数,分析系统存在高能耗的原因,准制作多种模型进行试验,择优选用。由于离心泵在确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点,并不同工况下其流量、压力变化范围很大,而这种叶提出最佳方案,整改系统存在的不利因素。针对循轮的模型也只能是有限的数种,因而无法保证优环水系统存在“大流量、低效率、高能耗”的状况,选模型与实际工况一致,这就导致离心泵叶轮偏采用高效节能泵替换低效泵或更换高效节能的三离设计最佳效率点,进而影响泵的实际运行效率。元流叶轮,从而消除因系统配置不合理引起的高而YCGF流体输送高效节能技术的水泵叶轮能耗,提高流体输送效率,达到系统彻底和最佳的设计采用目前先进的三元流动理论。从考虑水力节能效果。目前此种改造均由国内专业的节能技损失最小、效率最高和抗气蚀性能最好着手,对叶术服务公司承包完成。项目采用国际EMC合同管轮模型及流道进行变分有限元三元流动分析,采理模式,业主公司不用出前期资金,只要提供现有用CFD流体力学计算分析和试验研究,对水力模的设备平台,由节能技术公司提供项目改造资金、型进行筛选和修正,寻找不同的流动和几何参数技术、安装、维修等一系列的服务,只在节约的电的最优组合。三元流动理论就是把叶轮内部的三费中分成来返回资金,并承担项目改造中的所有元立体空间无限地分割,通过对叶轮流道内各工风险。作点的分析,建立起完整、真实的叶轮内流体流动与前2种方式相比,采用流体输送高效节能的数学模型,进行网格划分和流场计算。运用三元技术调整改变水泵性能的改造方式最为可取,且流设计方法优化叶片的进出安放角、叶片数、扭曲基本无需改造费用,从而节省大量资金叶片各截面形状等要素,设计出来的叶片形状为第1期张阳.循环水泵的节能改造技术及应用不规则曲面形状,其结构可适应流体的真实流态,为抗气蚀性能更为优良的不锈钢c3Nl材质。从而避免叶片工作面的流动分离减少流动损失,台阶减压人字形弧槽并能控制叶轮内部全部流体质点的速度分布,获得水泵内部的最佳流动状态,保证流体输送的效率达到最佳。因此,应用三元流动理论设计的水台阶减压式密封环泵,运行效率得以显著提高,具有明显的节能效果三元流叶轮与传统的一元流叶轮比较有如下区别及特点图1新台阶式密封口环结构1)三元流叶片流道宽,轮毂减少,通流能力增不同于传统水泵叶轮的整体木模制造方法,大;同时叶轮直径减少,而出口宽度增大;此外三新叶轮在制造工艺上采用了铸焊相结合的新工元流叶轮减少了进口冲击和出口尾迹脱流等损艺即叶轮水力各部件毛坯采用精密金属模制造,失。这些特点大大提高了泵的水力效率。之后再将叶片及前后盖板过流表面用数控机床精2)三元流叶轮槽道更宽,叶轮槽道水流速减确加工到位,叶片用特定的工艺与盖板定位并进小;同时叶片进口边向来流进口伸展,减少了进口行组焊,叶轮外形尺寸在完成热处理后精确加工损失因此可以避免或减缓气蚀现象发生,提高了到位。此制造工艺最大程度上保证了叶轮的型线抗气蚀性能。尺寸精度和表面质量,新叶轮叶片型线误差最大3)对中、高比转速的三元流双吸叶轮采用相为08mm,过流表面粗糙度不低于6.3μm。叶轮出邻叶片相互交错的结构,大大降低了水流脉冲,使厂前进行探伤检查及动平衡试验,确保无明显铸水流更加平稳效率更高,气蚀余量更低。造及焊接缺陷,叶轮最大外缘不平衡重量不大于依据三元流动理论设计出来的叶轮配以先进11g的三元流叶轮制造工艺,使叶轮的叶片型线完全2013年3月22日,伊泰公司首先组织对循环达到设计要求,最大限度地降低了泵内的损失、冲水装置的C水泵进行了改造,更换了重新设计制击和噪音,泵的效率和运行可靠性得以显著提高。造的节能高效叶轮转子。泵壳体及管路附件未作更换及改动,随后又在2013年5月分别对A泵及5水泵改造的实施B泵进行了改造。根据上述YCGF设计理论的指导,在保证新改造前后水泵叶轮情况分别见图2和图3。叶轮与原有叶轮基本装配尺寸互换性一致的基础上,对叶轮重新设计。考虑到原水泵运行过程气蚀严重,通过将原型叶轮在计算机上用CFD软件仿真,发现原型叶轮进水段呈加速型,易形成涡流冲击叶轮,从而形成气蚀。改型叶轮充分从提高水泵效率与解决气蚀问题入手,采用尽量加大叶轮进图2改造前水泵叶轮口直径、叶片尽量前伸和减薄、采取正冲角等技术措施来降低水泵的气蚀余量;此外台阶式密封口环设计结构扩展了叶片入口角的有效距离,使改型叶轮进口段呈减速型。新台阶式密封口环结构如图1所示改型叶轮出水段因叶片入口角有效距离扩展图3改造后水泵叶轮后呈流线加速型,从而减少了出口涡流和回流,降低了流动损失,提高了水泵效率,改善了抗气蚀性6改造后水泵的性能及节能效果分析能,降低了电机电能耗。为进一步增强叶轮的抗气3台水泵自完成改造后至今运行正常平稳,水蚀性能,将叶轮材质由原始的普通铸钢材质变更泵正常负荷时电机运行电流大幅降低,节能效果大瓦2014年第37卷明显:同时水泵气蚀现象基本消除,泵体振动及运运行效率值达到72%通过表1和表2的数据,可行噪音大幅降低,改造效果令人满意。水泵改造后以计算出2台泵节电量为5333kWh,节电率为运行工况见表218.%。每年运行时间按350d,工业电费按052表2技改后水泵实际运行工况元/kWh计算,年节电量约448×10kWh,折合人项目泵B泵C泵民币约233万元出口总管压力/MPa0.56回水总管压力MPa7结束语通过对伊泰公司循环水装置3台循环水泵叶电压/V609560686080电机输人功率/kW117811761181轮的节能改造,不仅使水泵实际运行效率大幅提电机平均输入功率/kW11783高,而且节约了大量的电能,大大降低了生产成两台泵合计耗电量/kWh23566本;同时解决了循环水泵多年的气蚀振动大问题,两台泵运行平均总流量/(m3h)11000节约了大量的设备检维修费用。改造达到了预期注:1)表中数据采集时间为2013年5月27-28日;目的,取得了显著的节能效果和经济效益。2)B泵电机输入功率根据测量电流电压按照三相异步电参考文献动机功率公式PV3Uoh( cosc=082)计算。[1]湖南易创节能技术有限公司湖南易创“YCGF"流体输送高根据表2数据计算,改造后2台泵实际综合效节能技术说明.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中海油菏泽焦炉尾气制合成天然气项目投产2013年12月14日,中国海洋石油总公司菏泽焦炉尾气制合成夭然气(SNG)项目成功开车投产。该项目位于菏泽市郓城县煤化工业园区,占地约112亩,由中海油山东新能源有限公司负贲投资建设,利用当地120万吨焦化项目所产焦炉煤气与化肥厂的二氧化碳废气泥合后,经甲烷化制取合成天然气,再经深冷制液化天然气(LNG),以解决山东地区清洁车用燃料的供应问题。项目的甲烷化装置采用托普索公司的专利技术 TREMP甲烷化工艺。托普索在工艺设计中创新性地引入了外源的二氧化碳气体与焦炉尾气进行混合后再甲炕化,不仅可以更充分地利用焦炉煤气中的有用化合物成分以提高天然气产量,而且还可以同时减少二氧化碳排放。该项目投产后,每年可回收利用焦炉尾气26亿立方米及二氧化碳3万吨,生产1.3亿立方米(约10万吨液化天然气),并可实现焦炉厂副产的甲烷、二氧化碳、二氧化硫、煤焦油、蔡、氨等有害物质,以及邻近的化肥厂二氧化碳的大量减排,充分实现变废为宝、净化环境,有利于改善当地大气质量。汪家铭