石油化工離心泵效率水平的數據分析

□霍瑞康 □潘再兵

1.上海理工大學環境與建筑學院上海200093

2.上海凱士比泵有限公司上海200245

石油化工離心泵效率水平的數據分析

□霍瑞康1□潘再兵2

1.上海理工大學環境與建筑學院上海200093

2.上海凱士比泵有限公司上海200245

對石油化工行業離心泵效率水平進行統計調查，在收集大量數據的基礎上將廠家效率指標的自測值與產品樣本數據及國家標準規定值進行比較，指出了離心泵效率自測數據普遍低于產品樣本數據，更低于國家相關標準數據。同時介紹了第三方質檢機構得出的國內泵行業部分重點廠家石油化工離心泵效率水平。全國泵標準化技術委員會提出了石油化工離心泵的能效等級標準，并得到批準通過。新的能效等級標準將推動整個泵行業向高效節能方向發展。

離心泵；效率；分析；標準

泵產品是一類非常重要的機電產品，可輸送流體或增加流體能量，廣泛應用于石油、化工、電力、建筑、環保、艦船、航空航天等國民經濟各個領域。根據中國通用機械工業協會泵業分會2012年《中國泵行業能效發展報告》，目前全國發電量20%～25%用于各種水泵驅動。據不完全統計，目前國內泵的保有量為2 000萬～3 000萬臺。隨著科學技術的發展，泵的應用領域在迅速擴大。國外泵產品的發展日新月異，高能效、低振級、低噪聲等特殊泵產品不斷投放市場。

離心泵具有性能優良、流量均勻、結構簡單、運轉可靠和維修方便等優點，因此在石油化工生產行業中應用廣泛。據中國泵閥交易網統計，在石油、化工裝置中，離心泵的使用量占泵總量的70%～80%。石油化工離心泵是耗能較大的設備，其中，配套電機是主要影響因素。資料顯示，石化相關企業中，泵配套電機的能耗一般占企業用電總量的50%左右。因此，如何研發高效節能的石油化工離心泵，提高泵的效率水平，已成為當前泵行業的重要目標。圖1所示為德國凱士比公司采用API610標準設計的某規格石油化工離心泵產品。

圖1 某規格石油化工離心泵產品

為了掌握石油化工離心泵的能效現狀，筆者對石油化工離心泵進行了行業調查，收集相關數據進行整理分析，并與國家能效標準進行對比。

1 數據來源及分析方法

隨著互聯網的快速發展，在互聯網上發布、傳遞和共享信息產生了大量的數據。同時，傳感器和物聯網在交通、環境等方面的大規模使用也使數據量呈現爆發式增長。通過實施企業信息化，大量的管理數據也積累在企業管理信息系統中[1]。這些在有限時間內用傳統數據處理方法無法處理完的數據，通常被稱為大數據。雖然對大數據分析要比對傳統數據分析困難，但大數據蘊含巨大價值。針對大數據可以有效挖掘出傳統數據分析無法得到的價值。新一代信息技術與經濟社會各領域的深度融合,引發了數據量的爆發式增長，使得數據資源成為國家重要的戰略資源和核心創新要素[2]。

數據分析指用適當的統計分析方法，對收集的大量數據進行分析，提取有用信息，并對數據加以詳細研究和概括總結。這一過程是質量管理體系的支持過程。如果重視數據，并重視基于數據的分析，我國制造業將會有更多的契機[3]。數據分析被廣泛應用于建筑環境、交通運輸、設備制造、金融貿易、商業服務等領域[4-5]，同樣，泵行業的數據分析也相當重要，可以客觀、準確地了解行業真實現狀，并能發現潛在的科研價值及商業價值。泵制造廠、終端客戶、科研院所及高校如果能形成統一共享的數據平臺，將極大地推動整個行業的發展。

為了準確掌握國內石油化工離心泵的實際效率水平，在泵行業內廣泛收集石油化工離心泵的效率數據，同時對效率指標進行合理定位。

數據來源有兩個方面，分別為國內主要泵業制造公司的產品樣本數據與產品自測數據，以及國家工業泵質量監督檢驗中心等國內相關質檢機構的檢測數據。本次數據收集真實可靠，采集到國內泵行業一千多份原始檢測數據。

關于石油化工離心泵的評判標準，高效節能是效率水平的主要特征，也即泵的效率指標。泵的效率高低是衡量泵節能水平的最重要依據。

數據挖掘及分類受到極大關注的原因主要是存在大量數據可以被廣泛使用，并且迫切需要將這些數據轉換為有用的信息和知識。數據的內容分別按流量Q、比轉速ns及效率η等進行統計，統計的重點是實測的最高效率與產品樣本最高效率的差值Δη。

準確分析石油化工離心泵效率水平的差異，必須有正確的分析方法。描述統計分析是將研究中所得的數據加以整理、歸類、簡化或繪制為圖表，描述和歸納數據特征及變量之間關系的一種最基本統計方法。數據取得時可能雜亂無章，通過繪圖、制表和方程擬合計算特征量等手段可以探索和揭示隱含在數據中的規律性。將產品的實際測量數據指標與國家標準規定值進行比較分析，找出差異。國家標準參考GB/T3216—2005《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》[6]、GB/T 13007—2011《離心泵效率》[7]、GB 32284—2015《石油化工離心泵能效限定值及能效等級》[8]三個標準。根據差異大小，可以對石油化工離心泵的效率水平進行分析判斷。

2 自測效率與產品樣本對比分析

在國內泵行業部分重點廠家提供的473份試驗數據中，去除測試工況點偏移最佳工況或測試不完整的數據，共篩選出有效數據417份。通過417份試驗數據的最高效率與產品樣本的最高效率對比，發現自測數據普遍比樣本低，平均低4%。去除10個最大值和10個最小值，平均低3.75%。圖2～圖4為石油化工離心泵自測數據與樣本數據最高效率對比差值數據分析圖，圖中藍色曲線為數據點的均值趨勢線。

圖2 自測數據與產品樣本數據效率差值流量分布圖

圖3 自測數據與產品樣本數據效率差值比轉速分布圖

圖4 自測數據與產品樣本數據效率差值分布圖

通過417份試驗數據的最高效率與產品樣本對比，發現差值為負值有340份，為正值有72份，相同有5份，自測效率≥樣本效率的比例為22.6%。效率差值在±5%以內的占64.5%，效率差值在±10%以內的占89.7%，效率差值在±15%以內的占97.1%。上述統計中石油化工離心泵產品的自測最高效率與產品樣本相比，還有較大差距。

假定企業產品樣本的效率指標符合GB/T 13007—2011，按GB/T 3216—2005檢測允許偏差下限評定，多數產品仍然屬于傳統的合格品。合格率分布的范圍較大，主要分布在流量200～600 m3/h，或比轉速＜100的情況下。驗收試驗1級泵效率容差因數為±3%，合格率為46%，驗收試驗2級泵效率容差因數為±5%，合格率為64.5%。

經統計分析發現，國內泵行業部分重點廠家自測效率數據普遍低于產品樣本中的效率數據。通過調查分析，主要原因有兩個方面。第一方面是企業過度注重包裝宣傳，通過人為拔高樣本數據超過競爭對手，以給用戶留下良好印象，提高企業自身的知名度和擴大銷售額。第二方面是企業樣本數據來自做工精細的試制樣機，效率高一些是正常情況，但大批量生產則達不到樣機的效率指標。

目前在我國泵行業中，國內樣本數據普遍存在著與實測數據不一致的現象[9]，在很多泵產品分析報告中也得到了證實。每一個市場主體都應遵守誠實信用、公平競爭的原則，為了保證科學公正，數據分析來源最終采用國內第三方相關權威質檢機構，如國家工業泵質量監督檢驗中心、江蘇省泵閥產品質量監督檢驗中心等。

3 第三方實測效率與國家標準對比分析

GB/T 13007—2011對石油化工離心泵的最高效率工況點效率進行了規定，不得低于如圖5所示曲線A，對泵的容許工作范圍內最低效率進行了規定，不得低于如圖5所示曲線B。效率規定值對應不同的流量，流量大則效率規定值高，流量小則效率規定值低，且在比轉速＜120或＞210時做適當修正。通過第三方檢測效率與國家標準進行對比，可以判斷產品的合格率。

圖5 比轉速120～210石油化工離心泵效率

國內第三方相關質檢機構提供了經篩選后的689份有效數據，其中差值為負值有411份，為正值有278份，檢測最高效率≥國家標準規定效率的比例為40.3%，這便是現有產品與國家標準的對比結果。圖6～圖8為石油化工離心泵第三方檢測數據與國家標準最高效率對比差值數據分析圖。

圖6 第三方檢測數據與國家標準效率差值流量分布圖

圖7 第三方檢測數據與國家標準效率差值比轉速分布圖

離心泵效率差值在±5%以內的占68.3%，效率差值在±10%以內的占84.9%，效率差值在±15%以內的占93.0%。國內泵行業部分重點廠家生產的石油化工泵產品最高效率，與國家標準相比還有較大差距。在流量＜200 m3/h或比轉速＜60的情況下，有20多個數據的效率高于標準規定的曲線A20%以上，均來自葉輪、泵體采用沖壓焊接工藝的小型離心泵。相對于傳統的鑄造工藝而言，沖壓焊接尺寸精度及表面粗糙度得到了極大提高，因而效率有大幅度提高，明顯高于國家標準。但另一方面，葉輪、泵體均為薄壁件沖壓焊接，石油化工行業輸送的流體介質比較復雜，泵體耐腐蝕性、耐磨損性及使用壽命還有待于考證。

圖8 第三方檢測數據與國家標準效率差值分布圖

國內石油化工離心泵效率合格率為40.3%，泵的最高效率總體平均水平與國家標準相比低0.6個百分點，沒有達到國家標準要求。但按GB/T3216—2005檢測允許偏差下限評定，多數產品仍然屬于傳統的合格品，合格率分布范圍較大，主要分布在流量＜100 m3/h或比轉速＜50的情況下。驗收試驗1級泵效率容差因數為±3%，合格率為37.2%，驗收試驗2級泵效率容差因數為±5%，合格率為58.3%。與前述廠家自測數據與產品樣本數據對比合格率相比，分別降低8.8和6.2個百分點，說明國家標準對效率的要求更嚴更高。

由上述數據分析結果可以看出，國內石油化工離心泵的效率水平并不理想，泵的最高效率沒有達到國家標準規定的要求，大多數產品之所以合格，都是由于執行了國家標準規定允許偏差下限。如果按標準要求的中間值進行判定，大多數產品將被判定為不合格。設計院或用戶在產品選型時，針對不同廠家提供的樣本數據，要適當留有5%～20%的裕量，以彌補實際不足。

效率合格率分布值在低比轉速的范圍內相對高一些，主要集中在比轉速為15～50范圍內。從理論上分析，低比轉速離心泵的內部流動狀態較復雜，設計的難度相對較大。正是由于這個原因，許多國內科研工作者對此進行了大量科研工作，形成了許多科研

成果，而高比轉速離心泵的科研投入則相對少一些[10]。

4 新國家節能標準

國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準的GB 32284—2015標準已在2015年12月10日正式發布，于2017年1月1日正式執行。

據了解，新標準實施后，石油化工行業使用的離心泵將更加規范，一些無證無牌低能效的企業將遭遇毀滅性打擊。新國標的執行意味著效率特別低且不節能的產品將禁止進入市場。效率符合要求的產品，按照其最高效率的高低，分為能效1級、能效2級和能效3級。能效1級預計占全部產品的10%左右，國家將出臺優惠政策給予支持鼓勵。達不到能效3級的產品將淘汰出局，禁止進入市場銷售，預計占目前全部產品的10%左右。可見，新標準的實施將推動整個泵行業向高效節能方向發展。

5 結論

在產品的整個生命周期內，包括從市場調研到售后服務和最終處置的全過程，都需要適當運用數據分析方法，以提升產品的有效性，判定市場動向，制定合理的生產及銷售計劃。

經統計分析發現，國內泵行業部分重點廠家的產品自測數據普遍低于樣本數據，而正確的數據分析則應采用第三方質檢機構的檢測數據。對照相關國家標準，通過數據分析可以看出，國內石油化工離心泵的效率水平并不理想，泵的最高效率大多沒有達到國家標準規定的要求。

需要指出的是，本文數據來自國內主要重點廠家精挑細選的產品，實際市場上離心泵產品的平均效率水平與之相比還要低。國家新標準的批準通過與實施，將有力地推動整個泵行業向高效節能方向發展。

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[2]陳偉.把大數據產業的巨大潛能挖出來——解讀《促進大數據發展行動綱要》[J].中國經貿導刊，2015（28）：52-53.

[3]李杰.工業4.0時代：中國的機會在于數據和數據分析[J].世界科學，2014（6）：13-14.

[4]顧明，匡軍，全涌，等.上海環球金融中心大樓頂部風速實測數據分析[J].振動與沖擊，2009，28（12）：114-118.

[5]嚴暉.環境監測數據處理與分析[J].上海電氣技術，2012，5（4）：59-62.

[6]回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級：GB/T 3216—2005[S].

[7]離心泵效率：GB/T13007—2011[S].

[8]石油化工離心泵能效限定值及能效等級：GB 32284—2015[S].

[9]曹勝玉，王笑奕.國內外雙吸離心泵技術水平對比分析[J].農業裝備與車輛工程，2012，50（5）：22-25.

[10]牟介剛.礦用多級泵的技術水平對比分析[J].通用機械，2013（6）：28-31.

（編輯：啟德）

上海電氣與浙江大學成立風電研發中心

日前，上海電氣風電集團與浙江大學在浙大玉泉校區舉行合作協議簽約儀式，聯合成立風電研發中心。

上海電氣和浙江大學具有非常悠久的合作淵源，可追溯至20世紀50年代。本次合作的特別意義在于上海電氣風電集團通過市場機制運作選擇了浙江大學，為雙方合作帶來了新氣象。

上海電氣與浙江大學合作成立的風電研發中心，其組織架構和運作機制充分借鑒了國際標桿設菲爾德—西門子風電研發中心的模式，利用現有體制資源的同時，進行了一定創新，為科研活動提供了充分的靈活性。上海電氣和浙江大學雙方希望風電研發中心將學術研究需求和企業市場需求相結合，走出一條風電技術創新發展之路。

According to statistical investigation on the efficiency level of centrifugal pumps in petrochemical industry and on the basis of a huge data collection,compared the self-test value of the factory efficiency indexwith the catalogue data and the value specified in the national standard and pointed out that the self-test efficiencydata ofthe centrifugal pump was generallylower than the catalogue data,and was even lower than the national standard data.At the same time gave an introduction on the efficiency level of petrochemical centrifugal pump from some key manufacturers in domestic pump industry.The rating standard for energy efficiency of petrochemical centrifugal pump established by the National TCST for Pumps has been approved.The new rating standard for energy efficiency will urge the pump industry to be developed in the orientation of high efficiency and energy conservation.

CentrifugalPump；Efficiency；Analyses；Standard

TH311

A

1672-0555（2017）01-047-05

2016年7月

霍瑞康（1995—），男，本科在讀