采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行性能優(yōu)化

王 瓊，楊曉龍，張文繼，劉小勇，楊曉紅，王善成

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部第六監(jiān)督站，陜西靖邊 718500；3.中國(guó)石油川慶鉆探長(zhǎng)慶鉆井總公司第三項(xiàng)目部，陜西靖邊 718500）

熱交換機(jī)組是采氣一廠南區(qū)采暖系統(tǒng)的核心設(shè)備，該設(shè)備安裝在第三凈化廠鍋爐單元的給水泵房，其主要作用是通過(guò)采暖回水與蒸汽換熱，使采暖水溫度上升，達(dá)到系統(tǒng)需求溫度，并向第三凈化廠廠區(qū)、南區(qū)倒班點(diǎn)、第四采油廠化子坪作業(yè)區(qū)提供采暖水。該熱交換機(jī)組是由板式換熱器（型號(hào)為QSR-24、換熱面積為24 m2、設(shè)計(jì)溫度為164 ℃）、采暖補(bǔ)水泵、管道循環(huán)泵、壓力變送器、電器儀表、閥門(mén)及電氣控制系統(tǒng)組成，其示意圖（見(jiàn)圖1）。采暖補(bǔ)水泵作為熱交換機(jī)組的重要組成部分，其主要作用是向采暖系統(tǒng)補(bǔ)充損耗水量。

在熱交換機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行中，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)壓力波動(dòng)大、管線漏失、系統(tǒng)缺水等問(wèn)題。為保證該系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，需啟動(dòng)采暖補(bǔ)水泵向系統(tǒng)間斷供水，及時(shí)補(bǔ)充損耗水量。而目前的采暖補(bǔ)水泵在現(xiàn)有的工藝工況下運(yùn)行富余能頭較大，出現(xiàn)運(yùn)行電流超過(guò)額定電流、電機(jī)運(yùn)行溫度超高、泵啟動(dòng)次數(shù)頻繁等問(wèn)題，導(dǎo)致該泵無(wú)法投入正常運(yùn)行。

1 存在問(wèn)題

1.1 采暖補(bǔ)水泵頻繁啟動(dòng)

圖1 熱交換機(jī)組示意圖

采暖補(bǔ)水泵向系統(tǒng)每補(bǔ)一次水所用時(shí)間為2～3 分鐘，補(bǔ)水間隔時(shí)間為1～2 分鐘，有時(shí)在1 分鐘之內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)啟停，嚴(yán)重影響采暖補(bǔ)水泵的使用壽命。

1.2 采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行時(shí)電流超過(guò)額定電流

采暖補(bǔ)水泵在運(yùn)行中測(cè)得電流為12～13 A，超出了該泵額定電流（11.6 A），導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行溫度偏高，若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)燒毀電機(jī)。

2 原因分析及解決方案

針對(duì)采暖補(bǔ)水泵目前出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因，并提出相應(yīng)的解決方案。

2.1 原因分析

2.1.1 系統(tǒng)存在漏點(diǎn)，采暖補(bǔ)水泵頻繁啟動(dòng)補(bǔ)水 采暖系統(tǒng)于2003 年建成投產(chǎn)運(yùn)行至今，由于部分采暖水管線屬于地埋管線，部分管線腐蝕嚴(yán)重，有的管線甚至出現(xiàn)了穿孔現(xiàn)狀，這不但降低了管線的承壓能力，而且還增加了采暖系統(tǒng)的介質(zhì)損耗。采暖系統(tǒng)的最高壓力設(shè)定為0.4 MPa，最低壓力設(shè)定為0.12 MPa，當(dāng)采暖系統(tǒng)壓力低于0.12 MPa 時(shí)，采暖補(bǔ)水泵啟動(dòng)向系統(tǒng)補(bǔ)水，直至將采暖系統(tǒng)壓力升到0.4 MPa 時(shí)，采暖補(bǔ)水泵才停止補(bǔ)水。由于系統(tǒng)管線腐蝕嚴(yán)重、漏點(diǎn)多，在正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)壓力下降相應(yīng)較快，造成采暖補(bǔ)水泵頻繁啟動(dòng)補(bǔ)水，嚴(yán)重影響采暖系統(tǒng)運(yùn)行安全。

2.1.2 采暖補(bǔ)水泵設(shè)計(jì)參數(shù)與目前工況不符，造成該泵運(yùn)行電流超過(guò)額定電流 采暖補(bǔ)水泵額定流量為5.9 m3/h，揚(yáng)程為70 m，功率為5.5 kW，電流為11.6 A。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析，確認(rèn)采暖系統(tǒng)壓力為0.4 MPa左右就能滿足下游采暖需求，可見(jiàn)該泵揚(yáng)程與現(xiàn)有系統(tǒng)所需揚(yáng)程相差較大。因泵的揚(yáng)程是用來(lái)克服系統(tǒng)阻力的，當(dāng)泵的揚(yáng)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所需克服的阻力時(shí)，那么該泵每小時(shí)的輸出流量也大于系統(tǒng)每小時(shí)所損耗的水量，這樣就出現(xiàn)部分水量在泵體內(nèi)多次循環(huán)，增加電機(jī)負(fù)荷，造成采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行電流超額定電流、電機(jī)溫度超正常溫度的結(jié)果。

2.2 解決方案

（1）更換腐蝕嚴(yán)重的采暖水管線，延長(zhǎng)采暖補(bǔ)水泵啟動(dòng)頻次，確保采暖系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）三種方案解決采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行中超電流問(wèn)題：一是換泵，換一臺(tái)與系統(tǒng)需求相適應(yīng)的采暖補(bǔ)水泵；二是在采暖補(bǔ)水泵出口安裝變頻器；三是對(duì)采暖補(bǔ)水泵的葉輪進(jìn)行切削，使泵的運(yùn)行參數(shù)滿足采暖系統(tǒng)需求。前兩種方案都會(huì)增加第三凈化廠的設(shè)備購(gòu)置成本，只有第三種方案既經(jīng)濟(jì)又能解決實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)討論后決定采取第三種方案來(lái)解決采暖補(bǔ)水泵頻繁啟動(dòng)和超電流問(wèn)題。

3 實(shí)施及效果評(píng)價(jià)

3.1 方案實(shí)施

對(duì)采暖補(bǔ)水泵的葉輪進(jìn)行切削的關(guān)鍵是確定切削量，第三凈化廠采用了假定揚(yáng)程的方法來(lái)確定該泵的切削量。

在實(shí)際運(yùn)行中，第三凈化廠的采暖補(bǔ)水泵啟?？刂剖遣捎脡毫ψ兓瘉?lái)控制的。該系統(tǒng)安裝的壓力開(kāi)關(guān)有兩個(gè)狀態(tài)，即開(kāi)和閉，是通過(guò)與采暖補(bǔ)水泵的信號(hào)連鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)控制泵的啟停。當(dāng)系統(tǒng)壓力在0.12 MPa 時(shí)，觸點(diǎn)閉合，采暖補(bǔ)水泵啟動(dòng)開(kāi)始向系統(tǒng)補(bǔ)水；當(dāng)系統(tǒng)壓力升至0.4 MPa 時(shí)，觸點(diǎn)斷開(kāi)，采暖補(bǔ)水泵停止向系統(tǒng)補(bǔ)水。又因該系統(tǒng)的板式換熱器工作壓力為0.6 MPa，即可以確定采暖補(bǔ)水泵切削后的壓力只要在0.4～0.6 MPa 即可以滿足運(yùn)行要求。

假定泵切削后的理論揚(yáng)程為60 m、50 m、40 m。根據(jù)切削定律[1]H1/H2=（D1/D2）2，其中D2=240 mm，H1=60 m（50 m、40 m），H2=70 m，得出D1=222（202、181）mm，式中：H1為切削后的理論揚(yáng)程，H2為切削前的理論揚(yáng)程，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑。根據(jù)公式計(jì)算出切削后的葉輪直徑為181～222 mm 就可以滿足下游采暖需求。

3.2 方案驗(yàn)證

3.2.1 用流量驗(yàn)證 為了確保采暖補(bǔ)水泵葉輪切削后的流量能夠滿足系統(tǒng)需求，根據(jù)切削定律對(duì)采暖補(bǔ)水泵切削后的流量進(jìn)行驗(yàn)證，即Q1/Q2=（D1/D2）2，其中Q2=5.9 m3/h，D1=222（202、181）mm，D2=240 mm，得出Q1=5.04（4.18、3.35）m3/h。式中：Q1為切削后的理論流量，Q2為切削前的理論流量，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑，得出采暖補(bǔ)水泵切削后的流量為5.04（4.18、3.35）m3/h。采暖補(bǔ)水泵每小時(shí)輸出流量的大小決定了向系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)間的長(zhǎng)與短，流量小補(bǔ)水時(shí)間長(zhǎng)，流量大補(bǔ)水時(shí)間短，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出采暖補(bǔ)水泵向系統(tǒng)補(bǔ)水的時(shí)間得到了延長(zhǎng)，解決了原補(bǔ)水時(shí)間短問(wèn)題，故葉輪切削為181～222 mm 能滿足系統(tǒng)流量需求。

3.2.2 用功率驗(yàn)證 為了確保采暖補(bǔ)水泵葉輪切削后的輸出功率得到充分利用，并且使電機(jī)輸出電流在正常范圍之內(nèi)，解決采暖補(bǔ)水泵的超電流和電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題。根據(jù)切削定律公式對(duì)采暖補(bǔ)水泵切削后的功率進(jìn)行驗(yàn)證，即P1/P2=（D1/D2）2，其中P2=5.5 kW，D1= 222（202、181）mm，D2=240 mm，得出P1=4.7（3.9、3.13）kW。式中：P1為切削后的理論功率，P2為切削前的理論功率，D1為泵切削后的葉輪直徑，D2為泵切削前的葉輪直徑。得出采暖補(bǔ)水泵切削后的理論功率為4.7（3.9、3.13）kW，比切削前功率（5.5 kW）有所降低，電機(jī)功率降低，說(shuō)明其負(fù)荷降低，電機(jī)輸出電流下降。

在三相電路中，電流I=功率P/（1.732×U×功率因數(shù)），式中功率P 為4.7（3.9、3.13）kW，U 為380 V，功率因數(shù)一般為0.7～0.85，所求得葉輪切削后的采暖補(bǔ)水泵電流為8.4～10.2 A（6.97～8.46 A、6.79～5.59 A），數(shù)據(jù)證明葉輪切削后的采暖補(bǔ)水泵電流同額定電流（11.6 A）相比有所降低，解決了采暖補(bǔ)水泵的超電流和電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，保證了電機(jī)的安全運(yùn)行。故葉輪切削為181～222 mm 能滿足該電機(jī)安全運(yùn)行。

3.3 效果評(píng)價(jià)

根據(jù)上述方案驗(yàn)證后，2011 年11 月下旬，第三凈化廠將采暖補(bǔ)水泵葉輪進(jìn)行了切削，切削后的最終值為220 mm，比原來(lái)的葉輪直徑（240 mm）少20 mm，切削率為（20/240）×100 %=8.33 %。

3.3.1 安裝后運(yùn)行情況 根據(jù)下游用水用汽情況，安裝后的采暖補(bǔ)水泵每15 分鐘左右向系統(tǒng)補(bǔ)水一次，每次運(yùn)行4～5 分鐘，運(yùn)行壓力在設(shè)定范圍（0.12～0.4 MPa）之內(nèi)，測(cè)得電機(jī)運(yùn)行溫度在32°左右，泵體運(yùn)行溫度在25 ℃左右，電機(jī)輸出電流為8～10 A，泵體振動(dòng)值為3.5 mm/s 左右，運(yùn)轉(zhuǎn)聲音正常。

表1 采暖補(bǔ)水泵葉輪切削前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3.2 采暖補(bǔ)水泵葉輪切削前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比 根據(jù)切削定律公式，對(duì)葉輪切削為220 mm 的采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果同葉輪切削前的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1）。

由表1 可以看出：（1）采暖補(bǔ)水泵葉輪切削前的運(yùn)行電流為12～13 A，同額定電流（11.6 A）相比，運(yùn)行電流超出了額定電流，致使運(yùn)行中電機(jī)超溫，采暖補(bǔ)水泵無(wú)法投入正常運(yùn)行；而葉輪切削后的采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行電流為8～10 A，可以看出運(yùn)行電流是低于額定電流的，解決了采暖補(bǔ)水泵超電流問(wèn)題。（2）葉輪切削后的采暖補(bǔ)水泵流量、揚(yáng)程、功率均出現(xiàn)一定的下降。事實(shí)證明葉輪切削后為220 mm 的采暖補(bǔ)水泵符合現(xiàn)場(chǎng)工藝工況，滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)要求。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)采暖補(bǔ)水泵存在問(wèn)題的原因分析，提出了對(duì)泵葉輪進(jìn)行切削的方案，在不影響原工藝操作的基礎(chǔ)上，采用了假定揚(yáng)程計(jì)算切削量方法，計(jì)算出切削后的葉輪直徑由原來(lái)的240 mm 變?yōu)?20 mm，經(jīng)驗(yàn)證葉輪切削后的采暖補(bǔ)水泵運(yùn)行性能得到優(yōu)化，泵的流量、揚(yáng)程和功率均降低，電流也由以前12～13 A 降至8～10 A，低于額定電流11.6 A，確保了電機(jī)的正常運(yùn)行。對(duì)采暖補(bǔ)水泵進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，該泵葉輪經(jīng)切削后全年可節(jié)約設(shè)備購(gòu)置費(fèi)3 000 元左右，節(jié)省電費(fèi)843.7 元，即節(jié)約了第三凈化廠的動(dòng)力費(fèi)用，又降低了第三凈化廠的總消耗值。

［1］ 姜德華.用葉輪切削的方法降低離心泵的揚(yáng)程［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，（23）：63.