揚州市城區泵站設備更新的經濟分析

【摘要】本文從經濟的角度分析了揚州城區泵站的水泵等設備在日常使用過程中的磨損、維修及更新的關系，并結合實際案例，得出了水泵等設備更新的一定規律。

【關鍵詞】設備磨損；維修；更新；經濟分析

1、前言

水泵等設備是一座泵站的核心設備，水泵運行效率的高低，運行狀況的正常與否決定著整個泵站系統功能的實現。作為機械設備，水泵的磨損是難以避免的，無論水泵在使用或閑置過程中，均會發生磨損。磨損可以分為兩類：有形磨損和無形磨損。其中實體的磨損或損耗稱之為有形磨損；由于科學技術的進步而不斷出現性能更好、效率更高，從而使原水泵的價值降低，稱為無形磨損。因此，一臺水泵無論處于什么狀態，都在不斷產生磨損，可以認為水泵的運行狀態與效率與水泵的磨損程度有關，這就涉及到水泵等設備的維修、保養與更新，為了確保水泵等設備能有效實現其既定功能，對設備的更新維護就提出了相應的要求。

由于水泵技術仍屬于半經驗、半理論的學科，因此，如何確定水泵的磨損量，如何確定水泵的維修或更新的方案和期限，用簡單的觀測手段已難以做到，只有采取經濟分析的方法來實現。

2、水泵的磨損分析

2.1水泵的有形磨損

有形磨損共分兩種，其一是設備在使用過程中，由于外力的作用使零部件發生摩擦、震動和疲勞等現象，導致機械設備的實體發生磨損，如零件斷裂、公差配合性質改變等；其二是設備在閑置過程中，由于自然力的作用而使其喪失工作精度和使用價值，如機械生銹、金屬腐蝕、橡膠和塑料老化等。

水泵作為一種水力機械，主要工作環境在液體中，其磨損與液體的性質關系較大。兩種有形磨損都有可能發生，一是在運行過程中由于水力摩擦、汽蝕或由于水質較差，水中雜質較多而與水泵發生的摩擦、撞擊和纏繞堵塞或由于水泵自身結合件的相互摩擦等，此類磨損主要發生在水泵的運轉件上，如葉片、泵軸、軸套和聯軸器及與之相關的緊固件，如螺栓、銷、鍵等。二是由于自然環境的影響而導致的磨損，由于水泵常年浸泡在水中，與水、空氣的接觸導致的水泵的銹蝕，或由于水質較差，水中含有腐蝕性物質，導致的金屬、橡膠或塑料件的腐蝕和老化等。

2.2水泵的無形磨損

無形磨損也有兩種類型，一是由于技術的進步、工藝的改善和勞動生產率的提高，生產同樣的設備的勞動消耗降低，從而使原有設備貶值，但設備的使用價值未降低、功能也未改變。二是由于由于科學技術的進步而出現了性能更完善、生產效率更高的設備，從而導致原設備在經濟上被淘汰，這不僅設備的價值貶值，使用價值也受影響。

水泵作為一種工業產品，自然也難以避免逐步淘汰的命運。但由于，水泵工業的更新周期較長，且現有水泵生產技術已經比較成熟，同時，由于水泵的無形磨損較多的屬于第一類無形磨損，即水泵的功能并不隨著科技或工藝的進步而降低，或其影響程度與更新設備所花代價比較而言相對較小，因此，無形磨損對水泵使用價值的影響可以忽略不計，本文以下重點討論設備的有形磨損，對無形磨損不予討論。

3、水泵磨損的經濟分析

3.1確定水泵磨損量的狀態

泵站運行應遵循兩條原則：①可靠；②經濟。“可靠”既保證泵站正常運行、安全運行并達到設計規定的各項要求和指標。“經濟”即要使泵站獲得或接近最佳總體運行效果，當實際情況改變（偏離）時，做出相應的新的運行方式決策，獲取在新工況下各種可能運行方式中的最佳方式。在這里，可以理解為當水泵等設備發生磨損或損壞時，如何來確定一個措施，通過采取相應的措施使水泵運行在最可靠、最經濟的狀態。這就需要首先確定設備的磨損程度，因為這是衡量設備使用經濟性的基礎。就水泵等機械設備的磨損量，通常可以用零件尺寸的變化來反映零件的磨損量，如下式所示

式中：αi為第i個零件的磨損量；δpri為第i個零件的實際磨損量；δmi為第i個零件的最大允許磨損量。

但由于在一臺設備中各個零件的重要程度不同，而且設備功能的降低并非完全取決與零件尺寸的變化，因此要用加權的辦法來區分各個零件尺寸的變化對設備功能的影響程度。如下式所示

以上兩個式子都是理論上可以用來確定水泵等此類機械設備磨損量的方法，但由于實際操作中不可能將一臺設備拆散后逐個測量零件的磨損量，同樣，一臺設備中的各個零部件的重要程度或允許最大磨損量等對比資料也很難獲得，生產廠家也不可能進行此類實驗，提供準確的數據，因此，在實際操作中，以上方法不具備可行性。

在實際分析中，可以采取另一類更直觀、更容易獲得準確數據的比較方法，即費用分析法，可以采用修理費用作為度量的指標，從經濟價值上加以考量設備的有形磨損程度。如下式所示：

式中：R為補償設備磨損（包括拆裝）所需的修理費；K1為確定機械設備進行修理時，該設備再生產（或再購）的價值。

從上式可以看出當αp<1時，設備的磨損程度低于另購設備所需花費的程度，修理還有價值，當αp≥1時，設備的磨損程度已經很嚴重，修理已無價值，可以考慮購買新設備更換舊設備以解決問題。

3.2確定水泵更新維修方案的指標

當水泵等機械設備，安裝調試完畢，投入使用開始，各類有形磨損和無形磨損就開始發生。雖然機械設備在出廠時一般都有廠家規定一個常規保養期限、大修期限及報廢期限，在日常生產使用過程中一般可以按照廠家的此類規定執行，但從經濟分析的角度出發，應該有一個實用、可行的指標來衡量。實際操作中一般可以采用設備的殘值來考量。如下式所示：

式中：KL為設備的殘值，即設備的殘值等于再生產或再購的價值減去修理費用。

水泵等設備在經過一定時期的運行后，就需要對設備的磨損程度進行衡量，以確定一個更新維修的方案，來對設備的磨損進行補償，實際使用中有修理、更新和現代化改裝等三種方法來實現對機械設備的磨損補償。其關系如下圖所示：

通過圖3-1所示的關系，結合公式3-4，可以得出確定設備更新維修方案的指標，即：

當K1>R時，KL>0，設備還有價值，可以采取修理的補償方式；

當K1=R時，KL=0，設備已無價值，需結合實際使用情況及資金情況，采取相應補償方式；

當K1

當設備的第二種無形磨損達到一定程度，同樣可以采用公式3-4來衡量，即再生產或再購同樣功能的設備的價值，低于繼續使用原有設備所需付出的價值時，可以采取現代化改裝或直接更換設備的補償方式。

在實際應用中，此方法，不僅可以針對一臺獨立、完整的水泵或泵站系統設備而言，對于水泵中的某個零部件，同樣適用。即用某個零部件的殘值來衡量該零部件的磨損補償方式。當零部件的再生產或再購的價值高于修理費用時，采取修理的補償方式；當零部件的再生產或再購的價值低于修理費用時，采取更換的補償方式。實際上，在水泵等設備的使用過程中，針對零部件的經濟分析，具有更廣泛的應用空間，畢竟在水泵的修理過程中主要的修理對象是磨損的零部件，而不是每次修理都對整臺水泵進行修理或更換。

3.3水泵更新維修方案指標的完善

以上所述的方法在實際使用過程中，雖然可以據此確定水泵等設備的磨損補償方式，具有一定的參考價值。但此方法是在假設設備通過修理后，可以完全恢復到磨損前的狀態，具有實現與磨損前同樣功能的能力，且修理后的運行經費不會提高，對修理后的后續磨損也不會有影響的前提下，來確定設備的殘值的。

實際使用過程中，我們發現，水泵等設備經過維修后，其使用功能會有所下降，其運行經費會有所提高，對后續磨損也會有負面影響，因此，完全按此理論方法來衡量設備的磨損狀態，以及據此確定設備的磨損補償方式是不夠合理的的，因此，我認為應該對公式3-4進行一個影響系數的調整，其調整如下：

式中：β為影響補償設備磨損（包括拆裝）所需的修理費的一個系數，該系數由設備經過維修后，其使用功能下降的程度，其運行經費提高的程度，其對后續磨損影響的程度決定。該值為一個經驗值，按我實際使用經驗該值的取值范圍為1～2，正常可以取值為1.5。

4、通運閘站800ZLB-100型軸流泵磨損及磨損補償實例

揚州城區內河沿古運河及京杭大運河口門共有8座泵站，裝機28臺套，抽排流量42.2m3/s，主要為800ZLB型軸流泵，這是揚州城區防洪排澇的主要機組，其運行狀況的好壞，直接決定著揚州城區防洪排澇工作的成敗，因此，每年汛前都要對各個泵站進行檢查，確定機組的工況，一旦發現磨損或損壞的，需要立即進行維修或更換，以下就以通運泵站的800ZLB-100型軸流泵的檢查和維修情況為例。

通運閘站位于城區東南部七里河與京杭大運河交匯處以西700m處，是七里河的河口節制建筑物，由通運泵站和通運閘組成。該泵站安裝有4臺800ZLB-100型軸流泵，單泵流量1.0 m3/s。由于七里河沿河工況企業較多，且河道污水截流設施不完善，同時沿河多為莊臺農田，河道水質極差，水中漂浮物等雜質較多，對水泵等設備的磨損和腐蝕均很嚴重。2006年3月，在汛前檢查時發現，3號機組磨損很嚴重，主要磨損集中在泵軸的軸套、軸承和葉片上，其中葉片由于汽蝕、雜物撞擊和污水腐蝕等，導致其中一個葉片斷裂1/3，另兩個葉片也有不同程度的銹蝕及汽蝕磨損。因葉片的失衡導致水泵運轉時的不平衡，引起了泵軸軸套的不平衡磨損，在軸套一側留下了寬3cm，深1mm的摩擦磨損。

經與水泵生產廠家咨詢后，修理商提供了修理方案供選擇，詳見下表：

由上表可以看出，如按公式3-4來檢驗，葉片和軸套的磨損補償方式分別如下：

葉片：KL=3600-2800=800>0，應采取修理的補償方式；

軸套：KL=3200-2600=600>0，應采取修理的補償方式；

但是，結合實際情況可以發現，水泵葉片是水泵的核心部件，如果采用一個新葉片和兩個維修的葉片，其運行工況必定處于不平衡狀態，對水泵的整體運行工況也會有影響，根據對汽蝕的相關研究，水泵實際運行的的工作點，若偏離設計工作點較遠時，泵汽蝕性能往往會比設計工況時差，因為這容易產生葉片脫落、撞擊及漩渦等現象，使局部流速加大，壓力降低，葉片設計不合理或制造不夠精確，泵汽蝕性能都有可能變壞。另外，經修理的葉片的表面積由于汽蝕的影響比新葉片要大的多，其后續腐蝕也更容易發生。軸套作為泵軸傳動的唯一摩擦部件，在水泵運行過程中的摩擦程度相當劇烈，如果將軸套削薄，其與套筒的接觸不夠嚴密，更容易發生不平衡摩擦。而且由于軸套與套筒的間隙擴大，將導致泵軸失去同心度，對泵軸的剛度有極大的損害，同時由于運行狀態的不穩定，也會導致工作電流升高，能耗增加，從而增加水泵的運行費用。通運閘站作為一座水利工程，按照水利工程效益的分類，應更多的體現水利工程的防洪效益。防洪工程不能直接創造財富，只有社會效益，是把修建工程后減少的受災機會和減免的洪災損失視為其效益。因此，如果3號機組經維修后不能實現既定的功能，將會增加受災機會，可能造成嚴重的社會影響和經濟后果。綜合考慮后，決定，采取公式3-5來檢驗，結果如下：

葉片：KL=3600-1.5×2800=-600>0，應采取更換的補償方式；

軸套：KL=3200-1.5×2600=-700>0，應采取更換的補償方式。

據此，在實際維修過程中對葉片和軸套分別進行了更換，更換后與其余3臺機組進行比較發現，其運行電流穩定在110A以下，而其余3臺機組的電流則在100A-135A之間起伏，3號機組的運行工況要明顯優于其余3臺機組。

5、結論

總之，在水泵等機械設備的運行過程中，對設備磨損情況的檢查和維修更新，是一項必不可少的工作，同時，這也是一項很復雜，涉及的因素很多的工作。本文只是結合筆者的實際工作，從經濟分析的一個角度出發，進行的一點探索，其中也有很多不成熟、不完善的地方，只希望對日后的工作有一定的幫助，以便在以后的設備維修和更新中能夠以最少的投資做多或最好的事。

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作者簡介：李建平（1980--），男，漢，本科，工程師，從事水利工程管理工作。