某企業水泵節能改造實例淺析

史德友，朱勝良，張永康，周 凱，成志江，蔣 倫

(攀枝花鋼城集團貿易有限公司，四川 攀枝花 617000)

0 前言

近年來，國家提倡“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展環保理念。政府、企業都將節能降耗、降本增效提上重要日程。政府每年對節能減排工作進行量化，并通過年度能源監察工作進行督促，對不達標的高耗能企業實施階梯電價、不享受稅收優惠政策等方法以督促其進行節能減排。企業為降低產品能耗單耗、攤薄綜合用能成本，增強企業的行業競爭力，也持續引進先進技術對企業各用能設備進行升級改造。在節能領域中，風機、水泵及配套電機的節能是一個非常重要的環節。隨著國內外水泵制造技術水平不斷提高，為企業水泵升級改造實現節能的提供了保障。本文正是在這樣的背景下，結合某球團廠水泵改造實例，對水泵節能改造進行分析闡述。

1 企業概述

1.1 生產概述

某球團廠擔負著某鋼鐵廠高爐的氧化球團礦生產及保供任務。該公司現有3條120萬噸生產線，采用先進的鏈篦機-回轉窯-環冷機生產工藝，產品質量穩定。該廠主體生產線建設于2004-2006年期間均已服役10余年。

1.2 水系統概述

該球團廠生產用水主要為外購，雨季收集部分雨水，水質中性，主要消耗點為一、二線造球、脫硫及循環水。每條生產線設置循環水泵房一座，泵站內設置高低壓循環水泵9臺，主要供鏈篦機、風機冷卻及造球用水。在對該球團廠水泵系統調研過程中，發現部分水泵服役時間長，機殼銹蝕嚴重，存在漏油現象，該球團廠投產至今水泵系統未進行升級改造，通過策劃并對部分水泵進行節能改造，實現了較好的節能收益。本文選取該球團廠低壓2#泵改造過程進行分析。

(1)改造前水泵及配套電機

查勘現場，發現水泵及電機均為該球團廠建設期間配套的水泵及電機，使用年限較長，電機為淘汰型電機，部分電機多次燒損后反復維修。抄錄水泵、配套電機銘牌并結合管理人員臺賬，整理水泵及電機性能參數，主要數據見表1。

表1 水泵改造前銘牌參數

(2) 改造前的運行參數

查勘現場，通過檢測泵出口位置壓力及流量，監測配電端口電流、電壓、有功、功率因數等數據，得出改造前水泵運行參數，具體數據如下表2。

表2 水泵改造前運行參數

2 水泵系統運行評估

2.1 水功率計算(以低壓2#泵為例計算)

據表2數據，低壓2#泵運行過程，水泵流量228 m3/h，壓力0.42兆帕即揚程42米，水功率計算過程如下示：

(1)

2.2 電機輸入功率計算

據表2數據，低壓2#泵配套電機運行過程，電壓0.38 kV，電流101 A，功率因數0.8，電機輸入功率計算如下式：

(2)

2.3 電機有效功率計算

電機額定功率75kW，4級電機，電機運行在經濟負荷范圍之內，取額定效率0.94，系統傳動效率0.98，電機有效功率為48.99kW。

P有效=P改前輸入×η1×η2=53.18×0.94×0.98=48.99 kW

(3)

——上式中η1為電機運行效率，η2為系統傳動效率。

2.4 水泵效率

(4)

2.5 水泵系統存在問題

由(1)～(4)式可以看出，水泵效率約為0.53，遠低于行業平均水平。水泵效率較低的可能原因一是水泵為十多年前的設備，技術落后，效率較低；二是水泵系統服役期限較長，系統磨損加重，內泄大，從而降低水泵出力。

2.6 改造前掛表計量

根據上述理論計算，為精確計算改造前后的節能率，加掛電表及累時器對擬改水泵系統電機運行用電量及輸入功率進行計量，掛表連續運行時間283小時，測得用電量14 804 kWh，改造前電機運行有功功率為52.31，與上述理論計算基本吻合。

表3 水泵改造前掛表計量

3 改造選型及改后運行評估

3.1 節能改造思路

根據改造前現場查勘、改造前實際運行參數，發現水泵的水功率不到30kW，電機額定功率75kW，水泵與電機選型不配套，屬于大馬拉小車的范疇，浪費比較嚴重。改造整體思路一是選用新型節能水泵，確保改造前后水泵系統流量及揚程不降低，不影響該球團廠生產；二是解決水泵與電機功率匹配問題，根據水泵選型更換配套的節能電機，消除大馬拉小車現象；三是鑒于低壓水泵系統為一用一備，考慮生產安全冗余，低壓系統只改低壓2#水泵，將低壓1#水泵不作改造，當低壓2#水泵出現故障時候能夠恢復改造前的老系統運行，確保生產穩定順行。

3.2 改造設備選型

根據對水泵運行參數的評估，結合水泵改造思路，擬更換高效節能水泵及配套電機替代原有水泵，實現節能。根據改造前水泵揚程、流量參數計算水功率及水泵軸功率，反推電機輸出功率需求，水泵效率取0.75-0.85，機械傳動效率取0.98，同時根據電機經濟運行規律，電機負荷工作在額定功率65%附近較為經濟。根據上述原則，擬選定，水泵型號WKRL200-55，電機型號Y2-250M-4，相關參數見表4。

表4 水泵及電機擬改造選型

3.3改造后運行評估

根據上述技術方案對水泵系統進行了改造，改造后實際運行壓力及流量不低于改造前運行參數，實際運行電流與改造前相比下降明顯，證明改造前后能耗下降明顯。具體運行參數見下表。

表5 水泵改造后運行參數

(1)改造后水功率計算

根據表5數據，低壓2#泵運行過程，水泵流量235 m3/h，壓力0.45兆帕即揚程45 m，水功率計算過程如下示：

(5)

(2)改造后電機輸入功率計算

根據表5，低壓2#泵配套電機運行過程，實測電壓0.38 kV，實測電流101A，功率因數0.8，電機輸入功率計算如下式：

(6)

(3)改造后電機有效功率計算

電機額定功率55 kW，4級電機，電機運行在經濟負荷范圍之內，取額定效率0.94，傳動效率0.98，電機有效功率為38.75 kW。

P有效=P改后輸入×η1×η2=42.07×0.94×0.98=38.75 kW

(7)

——上式中η1為電機運行效率，η2為系統傳動效率。

(4)改造后水泵效率

η水泵=P水/P有效=28.81÷38.75=0.74

(8)

從(5)～(8)式可以看出，改造后水泵實際效率為0.74，水泵效率明顯提高。根據交流電氣傳動風機(泵類、空氣壓縮機)系統經濟運行通則，企業在水泵運行過程中，應關注水泵的運行效率，若低于額定效率的80%，則應更換水泵或葉輪。

3.4 改造后掛表計量

為精確計算改造前后的節能率，改造后對水泵系統電機運行掛表計量，掛表連續運行時間288小時，用電量12752 kWh，改造后電機運行平均功率為44.28 kW，與理論計算值42.07 kW有一定誤差，因計算過程所有數據，均為瞬時數據，故改造后仍采用掛表數據。

表6 水泵改造后掛表計量

4 節能效益

4.1 節能率計算

根據表2及表6水泵改造前后的數據對比，計算水泵改造的節能率，計算過程如下：

(9)

4.2 節能量計算

根據表2及表6數據，低壓2#泵改前運行功率為52.31 kW，改后運行功率為44.28 kW，年運行時間8 000小時，電費0.62元/kWh，則年節電量6.42萬kWh，年節約電費3.98萬元。

根據上述方法，該球團廠先后對3條生產線10臺水泵進行節能改造，降低水泵運行有功功率294 kW，綜合節電率22%，實現節電235.46萬kWh/年，節約電費145.98萬元。節約用電量折算標煤289.38噸，減少碳排放1 061.06噸。本案例既降低了企業的電耗，也減少了碳排放，取得了一定的經濟效益和社會環境效益。

5 結束語

本文通過水泵輸出的流量和壓力等參數計算水功率需求，再通過電機電壓、電流、功率因數、電機經濟運行區間、電機效率等參數計算出電機輸入功率和有效功率，推算出水泵運行效率，通過水泵運行效率得出水泵是否有節能空間的初步判斷，改造前后通過掛表計量確定節能量及節能率。本方法計算過程簡單，數據直觀，對生產性企業技術人員快速判定水泵是否有節能空間有一定的借鑒意義。

本方法的不足之處在于：無法在現場精確確定電機運行效率及傳動效率，對水泵運行效率的判斷也比較粗糙。針對這一問題，還需要對電機工作在不同負荷狀態下的電機效率進一步深入研究。