輸水管道泵機組的優化配置

王群雁

中國石化集團管道儲運公司華東管道設計研究院

輸水管道泵機組的優化配置

王群雁

中國石化集團管道儲運公司華東管道設計研究院

泵機組是長輸管道的重要組成部分，為了將輸送介質安全、穩定地輸送至目的地，需要合理選擇泵機組的結構形式、運行臺數及運行方式，并充分結合項目本身特點、經濟效益和泵廠技術等，確定適合于該方案的泵機組配置方案。以某輸水管道為例，設計了4種不同的水泵機組配置方案進行比選。該項目輸水泵系統配置推薦采用設置給水泵+外輸泵方案，給水泵汽蝕余量要求≤4m，取水方案采取水池取水。考慮到國產設備技術已很成熟，費用相對進口設備低，泵機組效率與進口設備相當，建議選用國產設備。

輸水管道；水泵機組配置；方案比選

泵機組作為管道的主要組成部分，合理選擇其配置方案是管道設計的重要內容。影響泵機組選擇的因素很多，需要根據使用地區的自然條件、項目本身特點、經濟效益和泵廠技術，經過充分調查研究和科學論證后，確定所需的泵機組配置。

1 管道概況及相關參數

某在建化工項目，需建設一條配套輸水管線，將水資源經擬建的輸水管道輸送至化工基地廠區。

管線接收經凈化后的黃河水，加壓后外輸至化工基地，線路全長198 km，設計輸量3 100m3/h，管徑DN914mm，管道沿線地勢起伏較大，距首站96 km處有高點，高程約為1 510m，與首站的高差為510m，所需的泵總揚程為740m，采用首站加壓一泵到底的密閉輸送工藝。

2 水泵配置

（1）輸水泵結構形式的選擇。離心泵具有結構簡單、體積小、重量輕、操作平穩、流量穩定、性能參數范圍廣、易于制造、運行可靠及便于維修等優點，該項目中輸水泵采用臥式水平中開離心泵。

（2）輸水泵臺數的確定。根據工藝計算結果，輸水泵所做的有用功約為6 250 kW·h，輸水泵效率按82%考慮，所配電機的總功率約為8 760 kW。該項目輸水工程按國產設備進行選取，泵運行臺數不應少于3臺，本方案設計輸水泵按4用1備進行配置。

（3）輸水泵運行方式的選擇。離心泵機組的安裝運行一般有串聯運行和并聯運行兩種方式。本管道首站輸水主要用于克服高差，同時當單臺泵出現事故停泵時，不會對出站壓力造成較大的變化，造成高點氣化情況，按并聯泵配置較為適當。

3 泵機組配置

3.1 泵機組配置方案

根據上述泵配置方案分析，按設置給水泵和不設置給水泵兩種泵配置方案，提出以下四種輸水系統泵機組組合方案，根據水泵廠家提供的資料進行比選。

（1）方案一：設置給水泵，管輸水來自于水池，要求給水泵汽蝕余量不大于4m。

（2）方案二：不設給水泵，管輸水來自于水池，要求水泵汽蝕余量不大于4m。

（3）方案三：設置給水泵，管輸水來自于水罐，要求給水泵汽蝕余量不大于7m。

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（4）方案四：不設給水泵，管輸水來自于水罐，要求外輸泵汽蝕余量不大于7m。

3.2 泵機組配置方案情況分析

由上述水泵配置方案可知：當設置給水泵、管輸水來自水池時，給水泵要求汽蝕余量不大于4m，在滿足流量為1 550m3/h、揚程滿足外輸泵汽蝕的情況下，湖南天一、佳力科技和魯爾泵廠家均提供了可行方案。各方案給水泵均為低轉速泵（1 000轉或1 500轉），外輸泵均為高轉速泵（3 000轉）。除湖南天一所配給水泵效率為79%外，其余廠家給水泵效率均不小于85%；各廠家所配外輸泵效率均在82%以上。

當不設給水泵、管輸水來自水池時，因外輸泵要求汽蝕余量不大于4m，在滿足流量為775m3/h、揚程為740m的情況下，各廠家均無法選出滿足要求的泵。湖南天一和魯爾提供方案的汽蝕余量分別為6.5、7.7m，若采用此方案則需提高水池高度或降低泵安裝高度。湖南天一所提方案輸水泵為低轉速泵（1 500轉），效率為79%；魯爾泵廠家所提方案輸水泵為高轉速泵（3 000轉），效率為82.4%。

當設置給水泵、管輸水來自水罐時，給水泵要求汽蝕余量提高至不大于7 m，在滿足流量為1 550m3/h、揚程滿足外輸泵汽蝕的情況下，各廠家均提供了可行方案（魯爾泵雖沒提供，但其方案一提供的配置方案可滿足本方案的工況要求）。各方案給水泵均為低轉速泵（1 000轉或1 500轉），外輸泵均為高轉速泵（3 000轉）。除湖南天一所配給水泵效率為79%、佳力科技所配給水泵效率為85%外，其余廠家給水泵效率均達到了90%；各廠家所配外輸泵效率均可達到82%以上（蘇爾壽提供的方案一（外輸泵4用1備）效率為80.8%，但方案二（外輸泵3用1備）為84.3%）。

當不設給水泵、管輸水來自水罐時，因外輸泵要求汽蝕余量提高至不大于7 m，在滿足流量為775m3/h、揚程為740m的情況下，僅湖南天一提供了可行方案，蘇爾壽沒有提供可行方案，其余廠家提供的方案也均不滿足。山東雙輪、佳力科技和魯爾泵提供方案的汽蝕余量分別為7.5、9.5和7.7m，若采用此方案則需提高水罐的基礎高度或降低泵的安裝高度。山東雙輪和湖南天一所提方案輸水泵為低轉速泵（1 500轉），效率均為79%；佳力科技和魯爾泵廠家所提方案輸水泵為高轉速泵（3 000轉），效率達到了82%以上。

3.3 泵機組配置方案優選

方案一、方案三因對外輸泵汽蝕要求不高，根據各廠家所提方案泵效，單位能耗相差不大（蘇爾壽因提供方案揚程偏高，能耗偏大）；方案二、方案四因對外輸泵汽蝕要求較高，除湖南天一外各廠家提供方案與要求均有偏差，在所提方案下，進口泵效率相對較高，能耗較低。

各廠家對方案一、三提供方案相近，因此兩方案能耗相差不大；但方案三采用水罐儲水，方案一采用水池儲水，水罐所需費用高于水池費用，因此方案三建設費用高于方案一，方案三20年可比費用均高于方案一。

方案一與方案二、方案三與方案四相比，因方案一、方案三均設有給水泵，泵機組總費用（給水泵+外輸泵）略高于方案二、方案四，但方案二、方案四為滿足汽蝕要求，部分廠家提供的方案為低轉速泵，外輸泵機組費用要高于方案一、方案三的外輸泵機組費用；但方案一、方案三外輸泵效率均高于方案二、方案四，方案一、方案三運行能耗低于方案二、方案四；國產廠家的方案一、方案三的20年可比費用略低于方案二、方案四；魯爾泵因設備費用偏高，其方案一、方案三的20年可比費用略高于方案二、方案四。

水池方案與水罐方案相比，水池費用較低，日常修護量少，但要根據地質條件考慮水池基礎處理、抗浮措施、表面敷土、降水等，增加施工建設難度；水罐方案費用較高，日常修護量大，根據地質和環境條件考慮水罐基礎處理、防腐、保溫、伴熱等，增加施工建設和日常維修難度。水罐方案對泵的汽蝕要求相對較低，水池方案對汽蝕要求較高，但在設置給水泵情況下2種方案均可滿足生產要求。

綜合考慮工程一次性投資、運行能耗、運營成本，以及運行的安全可靠性等因素，推薦采用方案一泵機組配置方案作為本工程輸水系統動力方案，并確定采用建設儲水池方案作為首站儲水方案。考慮到國產設備技術已很成熟，費用相對進口設備低，泵機組效率與進口設備相當，建議選用國產設備。

3.4 確定泵機組配置方案

通過上述分析，該項目輸水泵系統配置推薦采用設置給水泵+外輸泵方案，給水泵汽蝕余量要求≤4m，取水方案采取水池取水。泵機組配置方案如下：給水泵按2用1備并聯設置，流量為1600m3/h、揚程為40m、效率≥82%；外輸泵按4用1備并聯設置，流量775m3/h、揚程720m、效率η≥82%。

4 結論

輸水管道泵機組的選擇，所受影響因素較多，如選擇不當會造成投資和能源的浪費。以某輸水管道為例，在選型中結合工藝計算、總圖布置、經濟效益及水泵廠家的技術資料，設計了4種不同的水泵機組配置方案進行比選，來確定最優配置方案，使之達到既投資經濟又節約能源、便于使用維護的目的，為泵機組優化配置提供了一個便于操作的模板。

（0516）83457152、13813456336@126.com

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.025

王群雁：2004畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運專業，現在中國石化集團管道儲運公司華東管道設計研究院工作。