大型離心式水泵節能改造后穩定性分析

林 凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

大型離心式水泵節能改造后穩定性分析

林 凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

現在國內很多石油化工企業，在建廠初期重心在穩定性上，所以很多系統存在很大的余量，例如工藝系統、水系統、蒸汽系統。國內近些年興起很多節能改造公司，主要針對各個系統富余的能量進行回收利用，或者對系統進行改造，減少富余能量，那么隨之而來問題是，改造后對整個系統的穩定影響的大小，以及改造部分設備、工段之間的匹配性好壞，若改造后系統不穩定，必然功虧一簣。

水泵；葉輪；振動；噪音

現在很多石油化工企業的循環水系統，富余能量很大，對循環水系統進行節能改造，首先對整改循環水系統管網進行系統調節，回收各個換熱單元多余的能量，其次對循環水泵進行節能改造，可對循環水泵的進行整體改造，水泵、電機全部進行更換，通過對水泵效率分析，結合系統所需水量，利用三元流分析設計新水泵葉輪和蝸殼，電機通過與水泵匹配更換為變頻電機。

1 案例簡介

中海油公司黑龍江化肥生產基地，始建于2010年9月，2015年5月9日正式投產，產品為大顆粒尿素，主要的生產工藝為氣化工段GE水煤漿技術，合成工段丹麥托普索工藝，尿素工段為2000+技術。輔助系統包括循環水體統，高中低三級管網蒸汽系統。投產后為節約成本、促進效益，該公司開展一系列節能減排工作，其中包括循環水系統整體優化項目。

該公司循環水系統共6臺循環水泵，泵廠家為上海連成水泵廠，其額定流量均為10 000m3/h，配套2 000kW電機6臺。系統有鋼筋混凝土結構逆流式冷卻塔10間，冷卻塔設計冷卻能力達45 000m3/h。

表1 機泵單元基本配置

水泵性能曲線如圖1，冷卻塔基本配置見表2，機房管道布置結構參數見表3：

表2 冷卻塔基本配置

表3 機房管道布置結構參數

圖1 循環水泵性能曲線

系統運行示意簡圖如圖2所示：

圖2 系統運行示意簡

機泵運行檢測結果（見表4）

表4 機泵運行檢測數據

系統參數運行情況（見圖3）

圖3 系統參數運行情況

水泵實際運行效率（見表5）。

水泵實際運行揚程為：運行揚程=出口壓力/0.009 8+（壓力表標高-吸入口液面標高）+1。根據檢測數據，查取水泵性能曲線得到效率如下：

表5 泵運行效率參數（性能曲線讀取）

鑒于循環水系統存在很大富裕能量，遂決定對循環水系統進行整體優化，降低循環水系統的能耗（主要是電量消耗）。

1.1 循環水系統整體改造內容

更換水泵高效葉輪共計6臺（見表6）。

根據系統運行壓力與實際所需流量，利用第三方公司開發專有技術“基于三維CAD-CFD聯合的葉片泵整體優化技術”，設計并加工制造高性能循環水泵葉輪，以滿足系統實際運行的需要。

表6 水泵葉輪設計參數

1.2 葉輪定制具體流程

（1）蝸殼流道高精度測繪

對需要優化的泵殼、葉輪進行三維測繪，達到后續蝸殼和葉輪匹配的目的。

（2）三維建模（模型設計）

結合現場測量的數據設計葉輪，利用ICEM實現非結構網格劃分，采用CFD模擬對水泵運行性能進行預估。

（3）模型制造

根據數值分析結果，挑選出幾種模擬效率較高的翼型進行模型加工。在加工制造過程中，使用高精度數控機床，這種機床科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面，常用于航空、航天、軍事、科研、精密器械領域。

（4）實驗及修正

實驗主要對水泵的性能進行測試，主要包括能量、壓力脈動、效率和空化實驗，采集進出口壓力、測點壓力脈動和揚程等數據并進行分析，根據實驗結果，對泵的性能做出評估，并對水泵葉輪參數進行調整，重新經過優化，利用高精度機床加工出模型轉輪，然后對泵模型再次進行實驗，分析實驗結果，直到模型實驗的結果達到了要求為止。

（5）成品加工

根據實驗確定的最終模型，利用成熟工業技術將其加工成品。

2 改造后循環水泵具體運行情況

為節約改造費用，只對6臺循環水泵的葉輪進行了重新設計，泵殼與管路系統均采用原舊設備，改造后葉輪與舊泵殼進行安裝運行，具體運行情況如下表7，表8，表9，表10，表11：

2.1 力學性能

表7 主要參數記錄表

2.2 工藝性能

表8 投用前檢測表格

表9 投用后檢測表格

2.3 系統壓力

表10 新葉輪投用前后系統壓力變化

2.4 總瞬時有用功

表11 新葉輪投用前后節能效果

3 水泵改造后存在問題

通過對改造循環水泵的系統壓力、工藝性能、力學性能、功率進行統計分析，均在設計指標范圍內，但唯一存在的問題是泵更換葉輪后噪音偏高。

4 原因分析

在水泵運行過程中對水泵泵體、驅動端軸承、非驅動端軸承數據測量結果如下：

表12 水泵運行過程中數據測量結果表

通過數據可以看出水泵更換葉輪后，水泵泵體、水泵驅動端軸承、水泵非驅動端軸承振動明顯增大，對水泵產生振動增大，噪音變大的原因進行分析，主要有以下幾種原因：

1）安裝不數據不符合安裝標準要求；

2）工藝原因，改造后水泵效率增加，原系統工況與改造后水泵不匹配，發生汽蝕狀況；

3）改造后水泵葉輪與原水泵蝸殼不匹配，造成泵內流體流動狀態發生變化，進而產生噪音和振動。

5 處理措施

通過對循環水系統管網進行調整，泵運行噪音仍未減小，決定對改造后運行時間最長的水泵進行拆檢，其中1號循環水泵自2016年12月27日14：00，除去中間停泵時間，至2017年3月13日，共計運行61d。

拆檢整體情況介紹：葉輪口環銹蝕較為嚴重，葉輪基本未有銹蝕現象，泵殼無明顯沖蝕痕跡；葉輪葉片均出現沖蝕減薄區域和部分葉片存在沙眼，減薄位置距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，減薄區域面積為30mm×100mm，減薄量在0.1～0.2mm，產生沙眼為同一區域，最大沙眼口直徑1.5mm、深度1mm（見圖4～圖7）。

圖4 葉輪口環銹蝕圖

圖5 驅動側入口葉片圖

驅動側入口6個葉片均出現以下情況：距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，出現面積為30mm×100mm沖蝕減薄區域，減薄量在0.1～0.2mm。

非驅動側入口6個葉片同樣出現以下情況：距離葉片入水邊緣135mm、葉片根部800mm處，出現面積為30mm×100mm沖蝕減薄區域，減薄量在0.1～0.2mm之間；且其中有3片葉片在減薄處出現沙眼，最大沙眼口直徑1.5mm、深度1mm（見圖8）。

葉片區抽點測厚：

為對葉輪下一個運行周期進行數據比對，對驅動側吸入口葉片進行抽點測厚（見圖9）。

6 結論

1）通過優化設計葉輪與密封環，使水泵設計參數與系統裝置揚程匹配，改造葉輪后水泵新葉輪外徑為890mm，原水泵葉輪外徑為935mm，水泵基圓尺寸為1 050mm。更換葉輪后，水泵葉輪與基圓間隙加大，導致水流噪聲稍微增大。

圖6 非驅動側入口銹蝕圖

圖7 非驅動側入口葉片銹蝕圖

圖8 沖蝕減薄區域圖

圖9 葉片區抽點測厚

2）更換葉輪與密封環后，水泵運行的軸承溫度及水泵振動值均滿足要求，說明不存在機械方面的原因影響水泵正常運行及使用。

Stability Analysis of Large Centrifugal Pump After Energy Saving Reconstruction

Lin Kai

Now a lot of domestic petrochemical enterprises in the factory in the early focus on stability，so a lot of system there is a big margin，such as process system，water system，steam system，in recent years many domestic energy-saving renovation company，mainly for each system surplus energy recovery，or the transformation of the system，reduce the surplus energy.Then the attendant problem is stable，the size effect on the whole system after the transformation，the matching between quality and transformation of some of the equipment，process，such as the transformation of the system is not stable，it will work not completed.

water pump；impeller；vibration；noise

TQ051.21

B

1003–6490（2017）10–0073–03

2017–07–24

林凱（1987—），男，吉林松原人，助理工程師，主要從事化工技術裝備管理工作。