集中供熱系統(tǒng)熱力站循環(huán)泵過載原因分析

摘要:勝利油田基地集中供熱系統(tǒng)中熱力站循環(huán)泵是供暖核心設(shè)備之一，靠它克服沿程阻力，把熱量送到千家萬(wàn)戶，同時(shí)它又是耗電“大戶”，因此合理選型和科學(xué)管理循環(huán)泵，是確保供暖系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的重要一環(huán)。本文分析了熱力站循環(huán)泵過載的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞:循環(huán)泵 過載 極限流量

1 問題的提出

勝利油田基地集中供熱系統(tǒng)自2004年投產(chǎn)運(yùn)行以來，因廣泛采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的工藝技術(shù)，系統(tǒng)整體運(yùn)行安全平穩(wěn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)及環(huán)保效益，截至目前，共運(yùn)行90座熱力站，供暖面積已達(dá)900萬(wàn)m2。隨著基地集中供熱規(guī)模的不斷增加，越來越多的離心水泵被應(yīng)用在熱力站供熱系統(tǒng)中，部分換熱站的循環(huán)泵在運(yùn)行的過程中存在以下問題:循環(huán)泵電機(jī)在運(yùn)行中有異常聲音，電動(dòng)機(jī)溫度過高，超電流，無法長(zhǎng)期運(yùn)行;有些循環(huán)泵在運(yùn)行中閥門稍開大，電動(dòng)機(jī)就超電流，無法正常運(yùn)行。除了電動(dòng)機(jī)本身故障或環(huán)境等客觀原因以外，下面我們來探討水泵過載的問題。

2 比轉(zhuǎn)數(shù)低的離心水泵容易過載

泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns=3.65nG^0.5/H^0.75(式中n為水泵的轉(zhuǎn)數(shù))是代表某一系列泵的一個(gè)綜合性能參數(shù)，比轉(zhuǎn)數(shù)大表明其流量大而壓頭小，反之，表明流量小而壓頭大。由于供熱系統(tǒng)的定壓點(diǎn)常常設(shè)在循環(huán)水泵入口，使得水泵極限流量往往大于電動(dòng)機(jī)額定功率對(duì)應(yīng)下的流量，功率隨著流量的增加，功率曲線呈上升狀，當(dāng)實(shí)際流量值增加過大時(shí)，比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心水泵，流量增加而壓頭減少不多，軸功率上升較快，曲線較陡，見公式:

N電機(jī)=KγGH/η1η2 N軸=γGH/η1

式中N電機(jī)—電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kW;N軸—軸功率，kW;K—電動(dòng)機(jī)容量安全系數(shù);γ—流體重度，N/m^3;G—體積流量，m^3/s;H—能頭，m;η1—總效率;η2—傳動(dòng)機(jī)械效率。由上式可知，隨著電動(dòng)機(jī)軸功率N軸上升，極易使電動(dòng)機(jī)電流超過額定電流，引起電動(dòng)機(jī)過載。因此，比轉(zhuǎn)數(shù)低的離心水泵容易產(chǎn)生過載。

3 泵的參數(shù)選大引起過載

設(shè)計(jì)所選泵的參數(shù)Gm、Hm總是與理想狀態(tài)點(diǎn)A'對(duì)應(yīng)的參數(shù)G'、H'有出入，我們通常是按設(shè)計(jì)參數(shù)來確定水泵參數(shù)Gm、Hm的，它們也就是G1=Gm、H1=Hm，而交點(diǎn)A恰恰為離心水泵實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量G為循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)泵提供的實(shí)際流量(工作流量)，對(duì)應(yīng)的H為循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)泵提供的實(shí)際揚(yáng)程。

為了明了起見，下面分三種情況來分析泵的參數(shù)選大引起電動(dòng)機(jī)過載的情況:當(dāng)管路的阻力特性曲線一定時(shí)，

3.1 當(dāng)所選水泵的銘牌揚(yáng)程Hm≈H'，而銘牌流量Gm>G'時(shí)，從圖2我們可以看出:水泵的銘牌流量選的越大，水泵的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)向右偏離實(shí)際工作點(diǎn)越遠(yuǎn)，這時(shí)水泵的工作流量G將小于設(shè)計(jì)流量G1(G1就是銘牌流量Gm)，功率N將小于銘牌功率Nm，水泵便不會(huì)出現(xiàn)超載運(yùn)行情況。但是，水泵的效率將大大降低。

3.2 當(dāng)所選水泵的銘牌流量Gm≈G'，而銘牌揚(yáng)程Hm>H'時(shí)，參見圖2:水泵銘牌揚(yáng)程偏離理想值越高，就會(huì)使水泵的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)向左偏離實(shí)際工作點(diǎn)越遠(yuǎn)，也就是說實(shí)際工作點(diǎn)向右偏離高效工作點(diǎn)越遠(yuǎn)，易造成實(shí)際流量過大，超過水泵最大限制流量引起電動(dòng)機(jī)過載現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 當(dāng)所選水泵的銘牌流量Gm>G'，揚(yáng)程Hm>H'時(shí)，從圖三我們可以看出:a.當(dāng)所選水泵銘牌揚(yáng)程Hm小于實(shí)際管路系統(tǒng)阻力損失H時(shí)，水泵所提供流量介于理想流量與銘牌流量之間，水泵工作點(diǎn)總是處于A1的左方，就不會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過載現(xiàn)象;b.當(dāng)所選水泵銘牌揚(yáng)程Hm高于實(shí)際管路系統(tǒng)阻力損失H時(shí)，水泵所提供流量G將大于水泵銘牌流量Gm，Hm越大越易出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過載現(xiàn)象。

4 循環(huán)水泵在大功率工況下運(yùn)行的原因分析

在實(shí)際工作中，常常存在下面幾種情況造成水泵軸功率過大:

4.1 供熱系統(tǒng)管網(wǎng)中的循環(huán)水泵揚(yáng)程是按最不利環(huán)路的壓力損耗確定的，由于管網(wǎng)水利失調(diào)(近端流量過大，遠(yuǎn)端流量不足)，造成實(shí)際的全管網(wǎng)的阻力系數(shù)遠(yuǎn)小于最不利環(huán)路的設(shè)計(jì)阻力系數(shù)，使水泵在大軸功率，低效率點(diǎn)運(yùn)行，甚至引起電機(jī)過載。

4.2 在確定水泵揚(yáng)程時(shí)，許多人習(xí)慣按經(jīng)濟(jì)比摩阻上限來估算最不利環(huán)路阻力損失，當(dāng)外網(wǎng)供熱半徑較大時(shí)，易造成估算值偏離實(shí)際值過大，造成所選水泵揚(yáng)程過大，同樣使水泵在大流量、小揚(yáng)程、低效率點(diǎn)運(yùn)行，當(dāng)軸功率大于電機(jī)銘牌功率時(shí)，便引起電機(jī)過載。

4.3 在設(shè)計(jì)中，一些人盲目地認(rèn)為“大馬拉小車”既省事又保險(xiǎn)，將水泵容量(這里指揚(yáng)程)定大。

4.4 在運(yùn)行中，為了解決熱網(wǎng)工況失調(diào)和用戶冷熱不均的現(xiàn)象所采取的措施不當(dāng):如不尊重設(shè)計(jì)擅自調(diào)換大揚(yáng)程循環(huán)水泵;或是采用了在熱用戶進(jìn)水(或回水)管道上裝設(shè)增壓泵等使總環(huán)路阻力系數(shù)減小的措施，造成水泵在大流量、小揚(yáng)程、低效率點(diǎn)運(yùn)行。

5 結(jié)論及改善措施

針對(duì)以上引起循環(huán)泵過載的原因，提出解決措施:

5.1 最根本的措施是在設(shè)計(jì)時(shí)要注意，設(shè)計(jì)工況盡可能地與實(shí)際工況相符，也就是要精心計(jì)算供熱管網(wǎng)阻力，不能圖省事估算，使設(shè)計(jì)管網(wǎng)的水利特性曲線盡可能與實(shí)際運(yùn)行工況相符。

5.2 使用單位要尊重設(shè)計(jì)，不能擅自改變水泵型號(hào)，如果確須改變，要經(jīng)過認(rèn)真計(jì)算后，根據(jù)實(shí)際水力工況進(jìn)行水泵選型。

5.3 正在運(yùn)行的水泵電機(jī)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，如果是短時(shí)間過載還尚能維持，如果時(shí)間過長(zhǎng)，超載的電機(jī)將從電網(wǎng)吸收大量的有功功率使電流迅速增大，超過了電機(jī)允許的額定電流，致使絕緣過熱老化甚至燒毀。為此，運(yùn)行人員可根據(jù)具體情況采取下述措施:

5.3.1 對(duì)外網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使熱網(wǎng)達(dá)到阻力平衡，從而增大了外網(wǎng)阻力特性系數(shù)，來避免電機(jī)出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

5.3.2 關(guān)小水泵出口閥門或定壓點(diǎn)前回水管路閥門開啟度，即采用增加管路阻力的辦法，使水泵避免過載。由于節(jié)流引起了能量損失、不經(jīng)濟(jì)，但簡(jiǎn)便易行。

5.3.3 如果條件允許，采用變速調(diào)節(jié)，它比節(jié)流調(diào)節(jié)所消耗的功率小，所以更節(jié)電、經(jīng)濟(jì)。

5.3.4 可采取適當(dāng)切割水泵葉輪的方法 通過以上分析，水泵過載有許多原因，主要是水泵選型不當(dāng)造成的，同志們可以在實(shí)際工作中參考一下提出的解決措施，為我國(guó)節(jié)能減排工作和實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]《流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)》(第三版).周謨?nèi)手骶?中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1996.

[2]《泵與風(fēng)機(jī)》郭立君主編.水利電力出版社.