離心泵節能潛力判定及措施優選

蘇磊　（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司）

離心泵節能潛力判定及措施優選

蘇磊（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司）

針對眾多離心泵節能措施，根據實際生產情況，提出了離心泵節能措施優選原則，并舉例說明了如何根據生產工況，對車削葉輪直徑、變頻調速、更換高效泵等節能措施潛力進行量化判定；如何根據量化結果優選最佳節能措施。指出在當前形勢下，離心泵節能潛力判定方法對進一步精細生產運行、提升油田降本增效技術管理水平具有重要意義。

離心泵；節能潛力；量化計算；措施優選

離心泵屬于流體機械，在油田原油儲運、調配上應用十分廣泛，是不可缺少的運行設備。儲運銷售公司每年消耗在這類泵上的電能占很大比例。因此，提高離心泵運行效率是企業降本增效重要舉措之一。

1　離心泵節能潛力判定

離心泵節能主要是減少因離心泵與管路的相互調節和輸送工況變化導致的無效能源消耗。判定離心泵是否具有節能潛力，需以理論計算值為依據，結合實際測量數據進行修正。

1.1車削葉輪直徑

由車削定律可知，Q/Q′=（D/D′）；H/H′=（D/D′）2；N/N′=（D/D′）3。其中：H（H′）、Q（Q′）、N（N′）、D（D′）為車削前（后）離心泵揚程、流量、功率和直徑。對低比轉速ns＜60的多級泵，切割時一般只切割葉片而仍保留前后蓋板；對高比轉數離心泵，則應當把前后蓋板切成不同的直徑，使流動更加平衡[1]。

1.2減少葉輪級數

多級離心泵的總揚程為葉輪級數和單級葉輪揚程的乘積，總功率為葉輪級數和單級葉輪功率的乘積。當多級離心泵揚程過高時，可以適當減少葉輪級數，滿足生產實際需要。計算方法與車削葉輪直徑的方法相同。

1.3變頻調速

由流體力學比例定律可知，水泵的流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。因為三相交流異步電動機的轉速與電動機的輸入頻率成正比，通過改變運行頻率即可改變轉速。按照生產要求的流量和揚程進行調節，即可實現節能。

1.4根據流量揚程變化更換高效泵

對于流量相對穩定的離心泵，合理選型可保證泵在高效點運行，流量可不留余量或少留余量；揚程若能精確給出也不必留余量。若流量變化幅度較大且頻繁時，合理選型的重點是Q—H曲線和Q—η曲線在參數變化范圍內是否平坦。

2　節能措施優選原則

對于輸送介質流量、揚程變化固定的離心泵，根據切削定律，擬合工況變化后的泵性能曲線，對比調整后的泵效率。經過經濟對比后，對于流量變化大的可采取車削葉輪直徑；對于揚程變化大的可采取減少葉輪級數；對于流量和揚程變化都大的可采取更換離心泵的方式。更換的離心泵可根據變化后的參數，重新選擇相適應的泵型，泵可以利舊或新建。

對于輸送介質流量、揚程變化不固定的離心泵，根據一般變頻調速范圍（70%～90%），再按照介質流量、揚程變化范圍選擇相匹配的泵及配套變頻控制系統。

3　節能措施選擇及應用

例如2014年，A油庫2臺250D60×5輸油泵（Q=450 m3/h、H=300 m、P=630 kW），由于工藝調整，計算泵需工況為：Q=420 m3/h，H=250 m；而實測泵工況為：Q=526 m/h，H=283 m，P=550 kW。按照節能措施優化原則，對該泵進行了減少葉輪級數、更換離心泵的節能措施量化計算對比。為驗證根據生產應用總結出來的節能優選原則，增加了變頻調速方案對比。

3.1減少葉輪級數

在250D60×5型輸油泵的特性曲線圖上作出減級后的泵特性曲線H′—Q′（圖1）按照H′=H1+（H-H1）Q′2/Q2，計算得到工況條件下的管網特性關系式為H=250+23Q2/4352。由作出的曲線圖可知，減級后工況點M′對應的Q′=385 m3/h、H′=265 m，減級前后的泵運行效率η=72%、η′=75%，對應計算工況點的運行效率為η′=76.4%，減級后泵的軸功率減少了一級，電動機負荷相應減少；但由于電動機運行效率的降低值與泵運行效率的提高值相比數值較小[2]，因而在作分析對比時，為提高效率，暫不考慮。由泵功率計算公式P=2.72HQ/η可知，減級后的全年節電量A=27.27×104kWh。

3.2更換離心泵

根據實際需求工況，選取KDY435-65×4型輸油泵（Q=435 m3/h、H=260 m、P=450 kW），由泵功率計算公式可知，更換離心泵后全年節電量A= 41.38×104kWh。

3.3變頻調速

根據比例律(Qc/QM)2=Hc/HM，再結合Hc=（HM/以及考慮變頻調速不宜低于額定轉速50%，最好處于75%～100%的因素，繪制曲線AB，求得泵需工況點Q=413 m3/h、H=260 m、ηc= 76%。變頻后全年節電量A=24.17×104kWh。

圖1　250D60×5型輸油泵的特性曲線

3.4方案對比

表1　三種節能措施方案對比

由表1可以看出，更換離心泵后由于新泵效率高于原泵，節電效果優于減少葉輪級數和變頻調速，年節電費用差分別為9.31萬元、11.36萬元（電費按0.66元/kWh計算）。按照節能有效回收期3年計算，更換離心泵的方案效益最好，所以選取了更換離心泵的節能措施。2014年實施后，2015年實現年節電39.33×104kWh，略少于預計節電量，分析是由于電動機效率及運行時率的原因。

4　結論

通過對泵節電措施節電效果的量化對比，可以根據實際情況進行節能技術優選，實現節能技術改造效益最大化，還可以有效判定是否需要對泵進行節能技術改造，進一步提升石油企業節能技術管理水平。

[1]黃永謀.離心泵的節能措施與應用[J].石油化工自動化, 2011（4）:73-75.

[2]楊濟川,謝庭驥.對離心泵減級和切削葉輪節能的探討[J].煤礦機械,1986（4）:22-25.

（編輯李發榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.020

蘇磊，2013年畢業于鄭州輕工業學院（計算機科學與技術專業），從事油田地面工程工作，E-mail：651442129@qq.com，地址：黑龍江省大慶市儲運銷售分公司保障大隊，163410。

2016-01-22