循環水泵改造與工藝優化

鄧克林

（蘭州石化分公司化肥廠，甘肅蘭州730060）

循環水泵改造與工藝優化

鄧克林

（蘭州石化分公司化肥廠，甘肅蘭州730060）

通過對某丙烯酸水場循環水泵運行狀態的調查，找到了循環水泵效率不高是由于泵電機選型偏小，操作不穩是由于電機定子溫度高風機冷卻量不足，采取葉輪切割和電機增加冷卻風機等改造措施后，優化了泵運行條件，在此基礎上通過調查水場用戶循環水用量和揚程，論證了停開一臺水泵工藝的可行性，敘述了實施后的節能、操作和工藝方面的效果。

循環水場；改造；工藝優化；效果

某丙烯酸循環水場有四臺大功率循環水泵，設計為3開1備，主要擔負著丙烯酸主裝置循環冷卻水的供應任務，由于設備大、泵出廠時沒有做臺架實驗，投用后發現出口閥開度只能開到25%，再開大出口閥門，電機實際功率就會超過額定功率，長時間運行電機定子溫度將超標造成連鎖停車。

在出口閥開度25%情況下，3開1備符合原工藝設計條件，能夠滿足丙烯酸裝置循環水供水需求，但水泵一直在小流量高揚程工況下工作，出口閥能量損失嚴重，常年多開一臺1 000 kW水泵造成巨大的能源浪費。

同時水泵在這種極低的運行效率下，電機長時間滿負荷狀態下運行，電機溫度居高不下，嚴重威脅著生產。因此，需要調整泵的運行區間，降低電機的定子溫度，優化循環水場操作工藝，改變“小馬拉大車”的運行狀態。

1　技術方案

1.1改變泵的運行狀態

1.1.1改造前循換水泵運行狀況分析循環水泵型號為800HR，生產廠家為上海凱泉，切削前三臺水泵同時運行，出口閥開度25%，循環水泵原始設計參數（見表1）。

表1　循環水泵原始設計參數

經現場和DCS實測，泵的出口壓力為6.3 kg/cm2，Q運行=3 200 m3/h，I運行=109 A。再開出口閥I運行最大= 124 A～126 A最大電流遠遠大于額定電流。

與實際運行參數對比，水泵的設計偏于保守，在實際運行中出現水泵揚程和流量的富裕，水泵選型揚程過高、電機選型偏小，800HR型水泵實際配帶功率僅為1 000 kW，致使出現電機電流超載。在實際操作中為避免電機過載連鎖停車，在不更換水泵或電機的情況下，通過關小出口閥，人為增加管路阻力消耗多余揚程，降低水泵運行電流，確保水泵可以正常運行，如此一來增加了水泵運行能耗。

1.1.2改造方案的優化與實施為了解決以上問題，可供選擇的方案有更換電機、更換水泵、葉輪切削和變頻調速等方案，水泵優化方案情況對比（見表2）。

表2　水泵優化方案情況對比

通過正交對比發現，更換電機、更換水泵和變頻調速方案實施，存在投資大、經濟性差等問題，而切削水泵葉輪投資最少，運行效率較高，改造實施難度低，運行穩定，使用壽命長，因此決定采取切削葉輪的方式進行改造。

由于該泵屬于中轉數泵，適用于離心泵第一切削定理，切削量按以下公式計算：

其中：D1為葉輪原直徑920 mm，P1過載時電機最大輸出功率，為1 120 kW，P2不過載時電機最大輸出功率，為980 kW。

通過轉速比對比可知切削量在允許范圍內［1］。考慮到切削后水泵流量的調節，切削量可以控制在35 mm～40 mm，最終切削量定為40 mm。

1.2增加電機風機以降低泵定子溫度

循環水泵為保護電機原設計了一臺4 kW冷卻風扇，并配備單獨電機驅動，絕緣等級為F級155℃。電機定子溫度設置了六個聯鎖點，當任何一點溫度超過145℃，泵即聯鎖停車，循環水泵聯鎖報警值設定（見表3）。

表3　循環水泵聯鎖報警值

水泵電機長期滿負荷狀態下運行，電機定子溫度居高不下，在冬季也曾經出現過聯鎖保護跳閘事件，夏季午后機殼經過陽光一天的暴曬，散熱效果變差，定子溫度容易出現溫度升高造成報警和聯鎖停車，尤其是在氣溫超過30℃的極端情況下，頻繁跳閘。

為防止定子溫度高而聯鎖停機，采取了在原冷卻風扇的對側，增加了一臺冷卻風扇，同時也單獨配備一臺功率為4 kW的電機驅動風扇。這樣，電機就由單風扇變為雙風扇冷卻。實際改造后電機效果大大提高，定子溫度下降了30℃～40℃，即使在今年夏季35℃高溫條件下，定子溫度也僅為113℃，增加電機風扇前后定子溫度情況（見表4）。

表4　增加電機風扇前后后定子溫度情況

1.3優化循環水場運行工藝

該循環水場設計能力為10 000 m3/h～12 000 m3/h，循環冷卻水主要供給丙烯酸裝置、丁酯裝置和甲乙酯裝置，以及空壓站等公用工程裝置，其中丁酯裝置和甲乙酯裝置相互切換生產。實際上原設計達不到設計能力，循環水水量分配（見表5）。

表5　循環水分配表

實際上在切削前經現場和DCS實測，每臺水泵在開度只有25%情況下流量只有3 200 m3/h，3開1備工藝總量9 600 m3/h能夠滿足裝置的用水需求，而采取2開2備工藝總量6 400 m3/h，無法滿足生產需求。

經過葉輪切削改造后，單臺水泵的流量能夠達到4 700 m3/h左右，切削葉輪后循環水泵運行參數（見表6）。

表6　切削葉輪后循環水泵運行參數

與葉輪切削前相比，電機運行電流得到了降低，在滿足系統揚程要求的前提下提供了更大的流量，兩臺水泵出口閥全開就可以提供的流量為9 400 m3/h。

但是此時泵揚程降低，出口閥全開狀態下必須考慮管路損失，而丙烯酸主框架高達25 m，這就要求對循環水的操作工藝進行調整，以同時滿足流量和壓力兩個工藝參數［2］。

流量方面，由于丁酯和甲乙酯裝置互為切換生產，因此在實際操作過程中，可以盡量關小停用裝置的進口總閥以減少用水量，用縮減的用水量來滿足用戶管路調節壓力的需要。

壓力方面，可以通過關小循環水裝置回水總閥來提高循環水裝置供水壓力，即循環水泵的出口壓力實現。

通過以上工藝調整，整個循環水系統工藝平穩，丙烯酸主框架四層25 m高處20臺換熱器冷卻介質充足，換熱效果良好，工藝優化后循環水系統關鍵點壓力情況（見表7）。

通過關小停用裝置的進口閥和關小循環水裝置回水總閥的工藝操作優化，增強了少開一臺水泵的條件下循環水系統運行的安全穩定性。

表7　工藝優化后循環水系統關鍵點壓力情況

2　改造后的效果

改造項目逐步實施后，通過近1年的觀察，循環水泵2開2備工藝運行平穩、設備運轉正常，保證了丙烯酸主裝置的循環水供應，達到了優化工藝、節能降耗的技術改造的目的。

2.1節能效益

由于丙烯酸主裝置生產工藝的特殊性，該設備為長周期運行設備，若按每天運行24 h計算，每臺水泵每年的耗電量用M1表示，則由于少開一臺水泵可以節約電量M1：

蘭州地區工業用電目前約為0.63元/度，一年可產生經濟效益M2：

2.2設備的可靠性

通過切削葉輪改善了泵的運行狀態，通過增加風扇降低了電機定子溫度，使得循環水系統關鍵設備運行得到保證，目前循環水泵電機定子溫度聯鎖已經申請解除。

2臺水泵停用方便了設備檢查和檢修，2臺水泵輪換檢修，始終有一臺泵處于備用狀態，即使必須安排在大檢修期間的設備大修，也可在安排在開工期間，保證了大修的質量和效率。

2.3工藝操作的優化

通過調整丁酯裝置和甲乙酯裝置切換生產過程的用水量和調節循環水進口總管壓力，進一步擴充了2開2備水泵運行循環水生產能力，使供水量和供水壓力得到了保證，且有一定的操作空間，增加了機泵操作抗風險的強度。

同時循環水保水量的穩定，對于水質調節和水量損耗都有益處。

3　結語

循環水水場是生產裝置的公用工程配套單元，其大型水泵往往是整個裝置的關鍵設備，由于設計選型、采購施工等環節的失誤，往往開車后會出現運行偏差，造成操作困難和能源浪費，需要不斷從現場實際入手進行技術改造，完善設備、優化工藝，才能夠最大化地利用資源，達到效益最大化。

對于大型的關鍵轉動設備，必須設置自啟動控制系統，以防止異常狀況下由于開啟備用設備不及時影響裝置的正常穩定運行［3］。該水場水泵原設計沒有設立自啟動控制系統，2開2備水泵運行無疑加大了這種風險，需要盡快啟動循環水泵自啟動技改項目。

［1］洪宇，王志斌.離心泵葉輪切削實踐［J］.鈦合金，2005，（6）：19-21.

［2］姚玉英.化工原理［M］.天津：天津大學出版社，2002.

［3］厲玉鳴.化工儀表及自動化［M］.蘭州：化學工業出版社，2002.

Optimizing operation process of circulating water pump

DENG Kelin
（Fertilizer Factory of Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou Gansu 730060，China）

Based on an circulating water field investigation of circulating water pump running state，find the pump efficiency is not high is due to pump motor selection，small operating instability is due to the stator of high temperature fan cooled motor capacity insufficiency，take the cutting impeller and motor to increase cooling fan modification measures，pump running condition on the basis of optimization，through the investigation of water field user circulating water dosage and lift，proves the feasibility of stop a pump technology，describes the energy saving，operation and process after the implementation of the effect.

circulating water field；transformation；process optimization；effect

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.02.032

TE964

B

1673-5285（2015）02-0117-04

2014－12-19

鄧克林，男（1970-），工程師，1993年畢業于蘭州化工學校石油化工專業，2005年畢業于天津大學化學工程與工藝專業，現從事生產工藝管理工作，郵箱：dengkelin@petrochina.com.cn。