離心泵節能措施分析

  • 作者: 劉 崗
  • 時間: 2019-08-27 14:29:37
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摘要  根據離心泵現階段存在的各項問題,從優化節能設計、合理選型、變頻調節、合理布置管路、加強維護及保養等方面對離心泵的節能技術措施進行了深入探討,以期能在離心泵的節能技術工作中有所借鑒,為生產企業、研究學者及用戶提供參考。

關鍵詞  離心泵;節能技術;變頻調速;選型

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

離心泵是靠葉輪旋轉時產生的離心力來輸送液體的機械設備,它具有性能適范圍廣、體積小、結構簡單、容易操作等諸多優點。離心泵種類很多,性能參數各異,可以滿足不同場合、不同用戶的要求。在企業的生產活動中,離心泵被廣泛用于動力傳輸等方面,尤其是石油化工裝置中,離心泵有著舉足輕重的地位,同時也是電能的主要消耗設備之一。

根據國內專業機構的研究報道,不管在國內還是國外,離心泵的耗電量都非常高,尤其是在石油化工行業,離心泵的能耗量非常驚人,必須考慮如何降低能耗,提高泵的運行效率。而在我國,離心泵的運行效率普遍比國外低20%左右,原因是因為我國超過大半的離心泵其運行狀況都不合理,從而導致電能消耗的增高。因此,為了解決現階段我國離心泵能耗高的困境,必須綜合分析各種外在及內在因素,提出切實可行的節能技術方案,想盡辦法提高離心泵的運行效率。這不光能為企業提高經濟效益,還能節約能源,保護環境,實現資源的最優化利用,對社會可持續發展具有重大意義。

離心泵能耗高的因素

離心泵在使用過程中,為了避免出口閥門全開時容易出現的超功率、軸承過熱等非正常狀況的發生,廠家對離心泵的設計往往趨向于全揚程理念,也就是說,在離心泵的整個工況曲線上,其揚程都不會超功,但是,卻沒有把實際使用的工況點設計在高效區,這直接降低了離心泵的運行效率,引起能耗增高。

以往對離心泵的節能認知理念也是制約離心泵節能效益的主要問題。以往理念認為,效率指標越高越節能,因此設計中僅考慮如何提高效率指標。實際上,離心泵的節能環保設計理念不僅僅是提高效率指標的問題,還包括可靠性、穩定性、環境適應性、使用壽命以及對材料的利用率等等在內。總體來說,離心泵的節能環保設計理念應該是一個綜合的、可持續發展的、全面的體系。

2.1 設備選型不合理

在設備選型過程中,許多用戶都喜歡選大一點的型號,以保證能用。離心泵在運行過程中會受到很多因素的影響,包括管道阻力、閥門泄露、負荷波動、流體性質、機械損耗等等,因此需要附加一定的余量。但是,如果將流量和揚程的余量放得很大,就會導致離心泵的實際運行效率遠低于設計的最高效率,使電機的功率得不到充分有效地利用,也使大量的電能做了無用功,有違節能環保設計理念。這不僅增加了用戶的購置成本,也增加了運行成本。

2.2 設備使用保養不當

隨著使用時間的延長,離心泵的各項性能指標會有一定程度的下降。這時,如果用戶不能加強維護和保養,有故障隱患時檢修不及時,就會影響到泵的正常使用,出現的狀況有:運行效率下降噪音增大流體打不到指定高度等。還有一些用戶,為了滿足場地建設需要或貪圖操作方便,沒有按設計標準布置管路,任意修改管路行程,拉長管道距離,增加過多彎頭,導致管路的水利損失嚴重。以上問題都造成能源的極大浪費和運行成本的增加。

離心泵使用過程中,密封間隙的長度及泵的單級揚程是基本不變的,因此大小口環的環流損失主要與大小口環的密封間隙的大小有關,大口環的密封間隙每磨損增加0.2mm,效率降低4%左右小口環的密封間隙每增加0.5mm,效率降低5%左右。  

由此可見,解決離心泵目前存在的設計、選型、使用等各項問題,是離心泵節能技術在我國能得到可持續發展的必然要求;也是我國離心泵節能技術走出國門,走向世界的必然趨勢。

離心泵節能技術探討

3.1 優化節能設計

標準化技術是離心泵技術發展的一個必然趨勢。國內離心泵行業多數處于小批量生產狀態。究其原因,一方面是為了滿足不同用戶的要求;另一方面是因為一些龍頭企業刻意設置技術壁壘以達到技術壟斷和提高市場競爭力的目的。如此一來,必將擾亂離心泵市場環境,大大增加企業的設計和制造成本。對用戶來說,備件混亂則會導致維修成本大幅上升,影響工作進度,對經濟發展極端不利。因此,實施離心泵零部件的標準化設計是離心泵技術發展的必然趨勢。實施離心泵標準化設計后,將極大簡化離心泵組裝過程,降低制造成本,提高生產效率。同時也可以給用戶提供便利,降低維修成本,達到優化節能設計的目的。

3.2 合理選型

離心泵的選型對節能來說非常重要。如果選型不當,不留余量,將無法滿足使用需求;相反,如果保留的余量過大又會降低離心泵的運行效率,造成能源的浪費,同時也增加了企業的運行成本。只有合理的選型才可以使泵運行的工況點保持在高效區。因此,合理的選型十分重要。要做好離心泵的選型,首先要根據使用要求對離心泵的材質及適用場合做出選擇,其次要根據離心泵的型號、規格、轉速、配套電機功率做出選擇,選型原則可根據以下幾點:滿足流體性質要求;滿足實際需要的最大揚程及最大流量;優先選擇體型小、結構相對簡單、重量輕、轉速高的離心泵;盡量選擇性能曲線無駝峰的泵,或者使正常工況點偏離駝峰區,同時壓能要夠低,至少低于無流量時的壓能,這樣才能在往后的運行過程中投入同類設備并聯使用;滿足特殊用戶的特殊使用要求。

3.3 變頻調節

用戶購買離心泵時,往往選擇最大負荷下的揚程和流量,但實際使用過程中并不需要達到最大揚程和最大流量,這時就需要利用變頻調節來改變泵的工況點,控制流量和揚程。離心泵的工況點由泵的特性曲線和管路特性曲線共同決定,因此,只要改變其中任何一個特性曲線就能達到調節的目的。通常情況下,最常見的調節方式是流量調節,包括調節閥門控制、變速控制和泵的串并聯調節。但在使用過程中,調節閥門控制消耗的能量很大,尤其是在流量調節范圍較大的情況下。而變速控制則可以根據流量來決定轉速,使離心泵的轉速和軸功率降低,有效避免調節閥門控制造成的功率消耗,降低閥門的磨損程度,延長閥門的使用壽命,從而達到節能降耗的目的。目前變頻調節技術已經廣泛應用于各類電機當中。

3.4 葉輪直徑切割

在同一轉速下,離心泵葉輪切割前后的外徑與對應工況點的流量、揚程、功率間的關系。通過切割定律的計算公式(也可根據離心泵的流量、揚程、葉輪直徑曲線圖),可得知在轉速不變的情況下,減小葉輪外徑將使泵的性能曲線下降并且葉輪切割前后的揚程和流量比例關系是不變的,即揚程和流量的平方成正比關系不變,這種關系稱為切割拋物線。葉輪的切割量不能太大,否則切割定律失效,并使泵效率明顯降低一般要求泵工作時的效率與最高效率之的差值不低于5%~8%,在此范圍作的稱為泵割高效工作區。圖1為離心泵性能曲線,橫軸為流量,豎軸為揚程,4條平滑曲線上的200230250259為對應的葉輪直徑,凹型曲線代表行對應的泵效率,65區域代表最高效率區域。

3.5 離心泵的管路布置

 合理布置管路。管路布置對離心泵能耗有顯著影響,如管路彎曲,管道附件或組件較多,勢必造成阻力的增加,管路損失增大。表1為常見管件、閥門的當量長度。

因此,管路布置的原則是:管道盡量短、直,轉角盡量小,最大限度減少管路造成的能耗損失。除此之外,還要加強離心泵的維護及保養。定期檢查離心泵系統運行狀況,指定專人對其進行維護及保養,以保證離心泵能在最佳運行狀態下工作,從而延長離心泵系統的使用壽命,節約成本,節約能源。

3.6 離心泵的節能案例

黃龍食品工業有限公司淀粉糖車間是2001年建設投產的,可能當時工藝提供的參數存在問題,也可能廠家選型的問題,蒸發工序(物料為糖漿)8臺離心泵當時選型葉輪結構為開式。開式葉輪要比閉式葉輪在能效上降低10%~15%左右。

20185月份對這8臺離心泵進行了更新,將開式葉輪改為閉式葉輪,改造后由原來的總功率63kW下降到39kW,總的運行電流也下降了28A。不但減少了設備故障,也降低了維修成本。全年按運行340d計算,全年可節省電費:

28A×380×0.9×1.732×24h×340d×0.6/kWh/1000=8.12萬元

8臺離心泵投資8.2萬元。當年就收回了成本。

結語

離心泵的節能途徑多種多樣,技術方案層出不窮通過改變離心泵的設計、選型、變頻調節、維護等可多方面、多角度達到預期的節能效果。但是,離心泵的節能之路依然漫長,要想達到預期節能效果還需要生產廠家、科研人員、及使用方的共同努力。因此,還需要對離心泵的節能技術做更深入性的研究和分析,加大對離心泵系統的優化設計和改造,合理使用并維護好離心泵。

 

參考文獻

吳玉國, 程恩慧, 尹英煥. 《離心泵變頻節能技術在儲運罐區中的應用》

李家仲. 《離心泵節能技術探討》.   

劉虎山. 泵性能曲線的形狀對使用的影響[J]. 泵工程師, 2014(10): 42-48.

4    李肇全, 丁玉興. 《化工原理》. 科學出版社.

 

作者單位:中糧生化能源(公主嶺)有限公司,吉林 公主嶺  136100

 

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