高效節能泵在純堿生產中的應用

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(山東海化集團有限公司，山東濰坊 262737)

在化工生產中，為了將生產過程中各類化學反應熱及時移出，企業都配備循環水系統以達到降溫目的。大型循環水系統一般配備高壓電機和大流量、低揚程的泵組，根據熱量移出量的多少，來匹配泵組的開機規模。但該系統往往會存在大流量、小溫差、低效率、高能耗的運行現狀。近幾年隨著節能技術的不斷發展，高效節能設備應用于純堿生產，取得了較好的節能降耗效果。

1 現 狀

海化純堿共有兩套循環水系統，分別應用于新、老線生產系統中的重堿、壓縮、煅燒等工序，供水流程基本一致。即“水泵-輸水管道-換熱器-回水管道-涼水塔-蓄水池-水泵”。兩套系統分別配備五臺28SA-10A(K)雙吸離心泵，額定流量3 600 m3/h，揚程51/52 m，配套電機為710 kW·h，型號為YKK506Z-8高壓電機，五臺泵組按照并聯運行方式。該泵在設計上存有一定的流量富裕量。在高溫季節，一般開啟三臺泵組運行，短時間內開啟四臺運行；在低溫季節例如1～3月份，11～12月份開啟兩臺泵組即可滿足生產冷卻要求。但是會出現一臺泵組流量不足，兩臺泵組流量過剩的現象，只能利用調整閥門開度達到控制流量的目的，造成電機輸出功率與泵組運行效率不符的情況，浪費大量的電力資源。

2 改 進

為了解決循環水供水系統電機輸出功率與泵組效率匹配問題，達到節能降耗目的，需要從兩方面進行技術改造。

2.1 改變電機輸出功率

目前普遍應用的技術是采用變頻或磁力耦合調速節能技術。海化純堿已經在部分生產工序采用低壓變頻技術，運行工況比較穩定，節電效果良好。但是變頻控制裝置發生故障時，造成設備開停頻繁，導致局部甚至較大范圍生產波動。而且高壓變頻和磁力耦合調速節能技術在大型循環水泵應用方面未見有成熟的經驗，況且象循環水泵這樣的大型關鍵設備一旦發生故障，會導致整個生產系統發生較大波動甚至停產，給企業帶來不可估量損失。

2.2 改變泵組輸出運行特性

每臺應用于生產的水泵都具有特定的特性曲線。該曲線與很多因素有關，例如液體的密度或粘度，葉輪出口寬度、葉片的出口安放角與葉片數以及水泵的泵腔形狀等均對水泵的特性曲線產生影響。在水泵的特性曲線中，對于任何流量點都可以找出一組對應的揚程、功率和效率值等參數，稱為泵的運行工況，對應最高效率點我們稱為泵的最佳工況點。在實際生產實踐中，是利用管道特性曲線與泵的特性曲線共同確定經濟和安全運行工況點。目前國內水泵生產企業和部分節能公司都掌握水泵節能改造專利技術并應用推廣。為此海化純堿于2013年9月，通過合同能源管理模式與國內一家節能有限公司開展合作，對我廠循環水泵進行節能技術改造。

該技術是對現有在線運行的循環水泵所有運行參數進行較長時間的跟蹤標定并綜合處理，并對整個循環水供水管網、供水分布點、供水情況等進行分析，形成循環水系統運行工況分析報告。對循環水泵的所有運行參數以及管道供水工況進行綜合分析，將其輸入計算機模擬系統，利用計算機模擬技術，查找并消除影響水泵特性曲線和管道特性曲線的不利因素，進行優化設計，確認最佳水力模型，量身定做高效節能水泵。該技術優化設計過程包括對葉輪進行重新設計定型；在水泵過流部件表面噴涂光滑的新型耐磨涂層；采用機械密封替代傳統的填料密封；優化密封環的結構與型式等。加裝節能裝置，該裝置能夠調節水泵出水口流態，使紊亂的流體通過裝置后變為平穩的層流，降低水力損失，提高系統效率，達到節能效果。該技術只對循環水泵體進行改造，其它設施附件例如電機、基座、進出口管道等規格、型號不發生任何變化，這就大大縮短設備改造施工時間。改造后泵體構造如圖1所示。

圖1 改造后泵體構造圖

3 結果和應用

2014年1月份對老系統1#、4#循環水泵進行技術改造，改造后的泵型號為SC3600-90，新泵體自重和外形體積對比原泵大大減少，泵體結構緊湊，內腔處理平滑，使用機械密封。泵體安裝完畢后按照合同要求進行連續72 h跟蹤標定，水泵整體運行情況良好。兩臺泵組供水量7 000 m3/h，電機運行電流63 A左右，對比改造前降低9 A，泵出口壓力0.45 MPa。各項運行參數除電機運行電流降低外其余參數未發生變化。根據供水流量與該泵實際電力消耗計算，各臺循環水泵節電率在12%左右。我們將改造后的各類運行參數輸入計算機計算模擬后，得出該泵的特性曲線，如圖2所示。由圖中看出改造后循環水泵的運行效率在相同工況點處大大提高。

1.揚程——流量變化曲線 2.效率——流量變化曲線 3.功率——流量變化曲線 4.改造后效率——流量變化曲線圖2 泵的特性曲線圖

該泵組自2014年2月份投用以來，全年運行，維保時間短，運行工況良好。只是在高溫季節加開一臺原裝泵。2013～2017年，系統負荷由67.23%增加到88.55%，產品電耗由28.44 kW·h/t降低到10.42 kW·h/t。在2013～2014年度因為系統開機規模較小，單位產品電耗仍有3.34 kW·h/t的降低幅度，隨著系統負荷的提高，高效節能泵的優點體現出來。到目前為止，老系統噸循環水耗電完成0.179 kW·h。截止到2017年12月份，累計節約電力1 693.53萬kW·h，節約能耗2 080 t標準煤，減少碳排放14 970 t。真正達到節能降耗減排的目的。

4 存在問題

1)SC3600-90型式節能泵供水流量沒有富裕，在同等工況下單泵最大流量不超過3 600 m3/h。該泵比較適合于泵組轉速恒定，輸送介質量大且輸送壓力穩定的工作場合，特別適合于水質類供水系統。該泵組在與其它未更新改造的同類泵組并聯運行時，在供水量增大或末端供水壓力升高時，會造成泵組之間運行負荷的轉移，達不到應有的節電效益。

2)該泵組不適合于供水管網壓頭變化幅度較大的場合。在實際生產運行中，當系統末端壓力0.48 MPa以上時，該泵組運行電流基本與其它未改造泵組電流持平甚至高于其運行電流，這就說明泵組未處于節電狀態；當末端壓力在0.48 MPa以下時其運行電流方可達到8～10 A的差額，當末端壓力0.45 MPa運行時經濟效益最佳。這說明該類節能泵運行工況點本身有一個較為狹窄且固定的經濟運行區域，超出該區域節電效果較差。

3)該節能泵節電效果標定可以采用電流變化量、單位時間電量變化量、單位時間噸循環水耗電量等參數來標定。但是電流變化量無準確計量器具；使用電量變化量可以進行標定，但要考慮電壓穩定問題；在循環水系統計量器具完整的情況下，使用噸循環水耗電量來標定較為準確。但是通過三者跟蹤數據分別計算節電率，結果不一，很難對高效節能泵的經濟效益進行合理判斷。

4)該節能泵屬于技術專利產品，在合同期內供貨商負責設備維保。但是合同期外，在備品、備件采購和使用上造成供貨單一的局面，不利于企業多方比價采購。