采暖補水泵運行性能優(yōu)化

王 瓊，楊曉龍，張文繼，劉小勇，楊曉紅，王善成

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油長慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部第六監(jiān)督站，陜西靖邊 718500；3.中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司第三項目部，陜西靖邊 718500）

熱交換機組是采氣一廠南區(qū)采暖系統(tǒng)的核心設備，該設備安裝在第三凈化廠鍋爐單元的給水泵房，其主要作用是通過采暖回水與蒸汽換熱，使采暖水溫度上升，達到系統(tǒng)需求溫度，并向第三凈化廠廠區(qū)、南區(qū)倒班點、第四采油廠化子坪作業(yè)區(qū)提供采暖水。該熱交換機組是由板式換熱器（型號為QSR-24、換熱面積為24 m2、設計溫度為164 ℃）、采暖補水泵、管道循環(huán)泵、壓力變送器、電器儀表、閥門及電氣控制系統(tǒng)組成，其示意圖（見圖1）。采暖補水泵作為熱交換機組的重要組成部分，其主要作用是向采暖系統(tǒng)補充損耗水量。

在熱交換機組長期運行中，曾經(jīng)出現(xiàn)過系統(tǒng)壓力波動大、管線漏失、系統(tǒng)缺水等問題。為保證該系統(tǒng)平穩(wěn)運行，需啟動采暖補水泵向系統(tǒng)間斷供水，及時補充損耗水量。而目前的采暖補水泵在現(xiàn)有的工藝工況下運行富余能頭較大，出現(xiàn)運行電流超過額定電流、電機運行溫度超高、泵啟動次數(shù)頻繁等問題，導致該泵無法投入正常運行。

1 存在問題

1.1 采暖補水泵頻繁啟動

圖1 熱交換機組示意圖

采暖補水泵向系統(tǒng)每補一次水所用時間為2～3 分鐘，補水間隔時間為1～2 分鐘，有時在1 分鐘之內(nèi)就會出現(xiàn)啟停，嚴重影響采暖補水泵的使用壽命。

1.2 采暖補水泵運行時電流超過額定電流

采暖補水泵在運行中測得電流為12～13 A，超出了該泵額定電流（11.6 A），導致電機運行溫度偏高，若長時間運轉會燒毀電機。

2 原因分析及解決方案

針對采暖補水泵目前出現(xiàn)的問題，結合現(xiàn)場實際情況，分析出現(xiàn)問題的原因，并提出相應的解決方案。

2.1 原因分析

2.1.1 系統(tǒng)存在漏點，采暖補水泵頻繁啟動補水 采暖系統(tǒng)于2003 年建成投產(chǎn)運行至今，由于部分采暖水管線屬于地埋管線，部分管線腐蝕嚴重，有的管線甚至出現(xiàn)了穿孔現(xiàn)狀，這不但降低了管線的承壓能力，而且還增加了采暖系統(tǒng)的介質(zhì)損耗。采暖系統(tǒng)的最高壓力設定為0.4 MPa，最低壓力設定為0.12 MPa，當采暖系統(tǒng)壓力低于0.12 MPa 時，采暖補水泵啟動向系統(tǒng)補水，直至將采暖系統(tǒng)壓力升到0.4 MPa 時，采暖補水泵才停止補水。由于系統(tǒng)管線腐蝕嚴重、漏點多，在正常運行時系統(tǒng)壓力下降相應較快，造成采暖補水泵頻繁啟動補水，嚴重影響采暖系統(tǒng)運行安全。

2.1.2 采暖補水泵設計參數(shù)與目前工況不符，造成該泵運行電流超過額定電流 采暖補水泵額定流量為5.9 m3/h，揚程為70 m，功率為5.5 kW，電流為11.6 A。根據(jù)系統(tǒng)運行狀況分析，確認采暖系統(tǒng)壓力為0.4 MPa左右就能滿足下游采暖需求，可見該泵揚程與現(xiàn)有系統(tǒng)所需揚程相差較大。因泵的揚程是用來克服系統(tǒng)阻力的，當泵的揚程遠遠大于系統(tǒng)所需克服的阻力時，那么該泵每小時的輸出流量也大于系統(tǒng)每小時所損耗的水量，這樣就出現(xiàn)部分水量在泵體內(nèi)多次循環(huán)，增加電機負荷，造成采暖補水泵運行電流超額定電流、電機溫度超正常溫度的結果。

2.2 解決方案

（1）更換腐蝕嚴重的采暖水管線，延長采暖補水泵啟動頻次，確保采暖系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。

（2）三種方案解決采暖補水泵運行中超電流問題：一是換泵，換一臺與系統(tǒng)需求相適應的采暖補水泵；二是在采暖補水泵出口安裝變頻器；三是對采暖補水泵的葉輪進行切削，使泵的運行參數(shù)滿足采暖系統(tǒng)需求。前兩種方案都會增加第三凈化廠的設備購置成本，只有第三種方案既經(jīng)濟又能解決實際問題，經(jīng)討論后決定采取第三種方案來解決采暖補水泵頻繁啟動和超電流問題。

3 實施及效果評價

3.1 方案實施

對采暖補水泵的葉輪進行切削的關鍵是確定切削量，第三凈化廠采用了假定揚程的方法來確定該泵的切削量。

在實際運行中，第三凈化廠的采暖補水泵啟停控制是采用壓力變化來控制的。該系統(tǒng)安裝的壓力開關有兩個狀態(tài)，即開和閉，是通過與采暖補水泵的信號連鎖來實現(xiàn)控制泵的啟停。當系統(tǒng)壓力在0.12 MPa 時，觸點閉合，采暖補水泵啟動開始向系統(tǒng)補水；當系統(tǒng)壓力升至0.4 MPa 時，觸點斷開，采暖補水泵停止向系統(tǒng)補水。又因該系統(tǒng)的板式換熱器工作壓力為0.6 MPa，即可以確定采暖補水泵切削后的壓力只要在0.4～0.6 MPa 即可以滿足運行要求。

假定泵切削后的理論揚程為60 m、50 m、40 m。根據(jù)切削定律[1]H1/H2=（D1/D2）2，其中D2=240 mm，H1=60 m（50 m、40 m），H2=70 m，得出D1=222（202、181）mm，式中：H1為切削后的理論揚程，H2為切削前的理論揚程，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑。根據(jù)公式計算出切削后的葉輪直徑為181～222 mm 就可以滿足下游采暖需求。

3.2 方案驗證

3.2.1 用流量驗證 為了確保采暖補水泵葉輪切削后的流量能夠滿足系統(tǒng)需求，根據(jù)切削定律對采暖補水泵切削后的流量進行驗證，即Q1/Q2=（D1/D2）2，其中Q2=5.9 m3/h，D1=222（202、181）mm，D2=240 mm，得出Q1=5.04（4.18、3.35）m3/h。式中：Q1為切削后的理論流量，Q2為切削前的理論流量，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑，得出采暖補水泵切削后的流量為5.04（4.18、3.35）m3/h。采暖補水泵每小時輸出流量的大小決定了向系統(tǒng)補水時間的長與短，流量小補水時間長，流量大補水時間短，根據(jù)計算結果可以看出采暖補水泵向系統(tǒng)補水的時間得到了延長，解決了原補水時間短問題，故葉輪切削為181～222 mm 能滿足系統(tǒng)流量需求。

3.2.2 用功率驗證 為了確保采暖補水泵葉輪切削后的輸出功率得到充分利用，并且使電機輸出電流在正常范圍之內(nèi)，解決采暖補水泵的超電流和電機發(fā)熱問題。根據(jù)切削定律公式對采暖補水泵切削后的功率進行驗證，即P1/P2=（D1/D2）2，其中P2=5.5 kW，D1= 222（202、181）mm，D2=240 mm，得出P1=4.7（3.9、3.13）kW。式中：P1為切削后的理論功率，P2為切削前的理論功率，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑。得出采暖補水泵切削后的理論功率為4.7（3.9、3.13）kW，比切削前功率（5.5 kW）有所降低，電機功率降低，說明其負荷降低，電機輸出電流下降。

在三相電路中，電流I=功率P/（1.732×U×功率因數(shù)），式中功率P 為4.7（3.9、3.13）kW，U 為380 V，功率因數(shù)一般為0.7～0.85，所求得葉輪切削后的采暖補水泵電流為8.4～10.2 A（6.97～8.46 A、6.79～5.59 A），數(shù)據(jù)證明葉輪切削后的采暖補水泵電流同額定電流（11.6 A）相比有所降低，解決了采暖補水泵的超電流和電機發(fā)熱問題，保證了電機的安全運行。故葉輪切削為181～222 mm 能滿足該電機安全運行。

3.3 效果評價

根據(jù)上述方案驗證后，2011 年11 月下旬，第三凈化廠將采暖補水泵葉輪進行了切削，切削后的最終值為220 mm，比原來的葉輪直徑（240 mm）少20 mm，切削率為（20/240）×100 %=8.33 %。

3.3.1 安裝后運行情況 根據(jù)下游用水用汽情況，安裝后的采暖補水泵每15 分鐘左右向系統(tǒng)補水一次，每次運行4～5 分鐘，運行壓力在設定范圍（0.12～0.4 MPa）之內(nèi)，測得電機運行溫度在32°左右，泵體運行溫度在25 ℃左右，電機輸出電流為8～10 A，泵體振動值為3.5 mm/s 左右，運轉聲音正常。

表1 采暖補水泵葉輪切削前后的運行數(shù)據(jù)對比

3.3.2 采暖補水泵葉輪切削前后的運行數(shù)據(jù)對比 根據(jù)切削定律公式，對葉輪切削為220 mm 的采暖補水泵運行參數(shù)進行計算，現(xiàn)將計算結果同葉輪切削前的運行數(shù)據(jù)進行對比（見表1）。

由表1 可以看出：（1）采暖補水泵葉輪切削前的運行電流為12～13 A，同額定電流（11.6 A）相比，運行電流超出了額定電流，致使運行中電機超溫，采暖補水泵無法投入正常運行；而葉輪切削后的采暖補水泵運行電流為8～10 A，可以看出運行電流是低于額定電流的，解決了采暖補水泵超電流問題。（2）葉輪切削后的采暖補水泵流量、揚程、功率均出現(xiàn)一定的下降。事實證明葉輪切削后為220 mm 的采暖補水泵符合現(xiàn)場工藝工況，滿足現(xiàn)場工藝系統(tǒng)要求。

4 小結

通過對采暖補水泵存在問題的原因分析，提出了對泵葉輪進行切削的方案，在不影響原工藝操作的基礎上，采用了假定揚程計算切削量方法，計算出切削后的葉輪直徑由原來的240 mm 變?yōu)?20 mm，經(jīng)驗證葉輪切削后的采暖補水泵運行性能得到優(yōu)化，泵的流量、揚程和功率均降低，電流也由以前12～13 A 降至8～10 A，低于額定電流11.6 A，確保了電機的正常運行。對采暖補水泵進行了經(jīng)濟效益評價，該泵葉輪經(jīng)切削后全年可節(jié)約設備購置費3 000 元左右，節(jié)省電費843.7 元，即節(jié)約了第三凈化廠的動力費用，又降低了第三凈化廠的總消耗值。

［1］ 姜德華.用葉輪切削的方法降低離心泵的揚程［J］.科技創(chuàng)新導報，2011，（23）：63.