循環(huán)水泵能耗橋分析與節(jié)能改造實(shí)踐

高啟龍(蘭州西熱東輸經(jīng)營(yíng)有限公司，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

循環(huán)水泵為生產(chǎn)作業(yè)提供液體介質(zhì)的功能強(qiáng)勁，因此在石油化工行業(yè)中能夠充分發(fā)揮水冷降溫的能力。但是應(yīng)該注意到，循環(huán)水泵的能耗較大，給化工企業(yè)增添不小的生產(chǎn)成本，據(jù)某工廠統(tǒng)計(jì)，循環(huán)水泵的用電量占據(jù)全廠用電量的7.5%，有必要探尋循環(huán)水泵的節(jié)能改造措施，降低該設(shè)備的能耗，節(jié)省生產(chǎn)成本，促進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 循環(huán)水泵能耗橋分析

1.1 循環(huán)水泵能耗的基本成因

循環(huán)水泵在化工生產(chǎn)當(dāng)中，依靠電機(jī)帶動(dòng)的離心力制造液體介質(zhì)的傳輸，其能耗存在著理論消耗值。而在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)由于各種原因產(chǎn)生可以規(guī)避的能耗。循環(huán)水泵的整體結(jié)構(gòu)問(wèn)題以及存在與其中的各種管道狀態(tài)不良的情況會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水泵的實(shí)際效率低，電機(jī)所發(fā)動(dòng)的電能沒(méi)有轉(zhuǎn)換到介質(zhì)傳輸當(dāng)中，被傳輸環(huán)節(jié)內(nèi)的各種累積損失消耗。主要的成因有如下幾種，一、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不協(xié)調(diào)，輸水管道長(zhǎng)度不合理導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換的損失，管道內(nèi)部由于缺乏清理而產(chǎn)生較大的阻力，水泵內(nèi)部缺乏相關(guān)的維護(hù)管理而導(dǎo)致循壞水外流的情況。二、盲目追求電機(jī)運(yùn)行效率，而忽略了循環(huán)水泵的整體結(jié)構(gòu)是否與之相匹配。三、技術(shù)人員在操作過(guò)程中過(guò)度運(yùn)行循環(huán)水泵，無(wú)法有效控制循環(huán)水泵的實(shí)際流量。技術(shù)人員在操作過(guò)程中忽視水泵設(shè)備的潤(rùn)滑也會(huì)導(dǎo)致能耗過(guò)大。四、循環(huán)水泵的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未能與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)更新設(shè)備，改良結(jié)構(gòu)來(lái)減少機(jī)械損失和提高機(jī)械效率。此外，循環(huán)水泵的制造質(zhì)量也影響著循環(huán)水泵的能耗。循環(huán)水泵如圖1 所示。

圖1 循環(huán)水泵

1.2 能耗橋計(jì)算

能耗橋計(jì)算是目前最有效率的能耗檢測(cè)管理方法，能夠通過(guò)各相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和整理分析來(lái)找出能耗重點(diǎn)問(wèn)題，以架橋的思維最迅速地降低能耗。在循環(huán)水泵的能耗橋計(jì)算中，首先需要準(zhǔn)確采集運(yùn)行數(shù)據(jù)。確定循環(huán)水泵的理論額定電壓、電流和功率，再采集運(yùn)行過(guò)程中的流量和實(shí)際功率輸出數(shù)據(jù)。其次，以數(shù)學(xué)模型計(jì)算出水泵的實(shí)際功率以得到能量損失的定值。將循環(huán)水泵的出口壓力與進(jìn)口壓力相減，乘以實(shí)際流量得出循環(huán)水泵的理論能耗。再次，根據(jù)實(shí)際功率和理論功率的比較，得出循環(huán)水泵實(shí)際效率損失，進(jìn)而與理論值相對(duì)比得出網(wǎng)路損失和回流損失。用泵出口壓力和用水設(shè)備進(jìn)口壓力的差值乘以循環(huán)水泵的實(shí)際流量，得出網(wǎng)絡(luò)損失[1]。最后，將得出的各種數(shù)據(jù)投映于循環(huán)水泵的運(yùn)行流程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵降低能耗的方向，在水泵效率中，考察循環(huán)水泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電機(jī)效率方面，應(yīng)對(duì)相關(guān)電機(jī)進(jìn)行檢查和維修等等。能耗橋計(jì)算方法能夠?yàn)檠h(huán)水泵的能耗提供系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)反映，而且在搜尋節(jié)能改造方案時(shí)也更具有針對(duì)性。

2 循環(huán)水泵的節(jié)能改造

2.1 定期檢修

循環(huán)水泵需要進(jìn)行定期檢修，是節(jié)能改造最先進(jìn)行的步驟。在循環(huán)水泵中需要檢查水泵表面和蝸殼內(nèi)層的平滑情況是否存在銹蝕情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泵出現(xiàn)銹蝕造成的摩擦阻力會(huì)使水泵流量效率降低7%到8%，在檢修過(guò)程中需要用磨砂紙或砂輪打磨光滑，確保循環(huán)水泵的物理狀態(tài)健康。檢查循環(huán)水泵內(nèi)部的密閉狀態(tài)是否良好，避免水泵泄露造成的流量效率流失。檢修人員需要檢視密封環(huán)間隙是否存在擴(kuò)大的情況，如發(fā)生間隙擴(kuò)大，需要使用相關(guān)材料填補(bǔ)間隙以恢復(fù)成出廠狀態(tài)，一般情況下能夠通過(guò)維護(hù)水泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有效降低水泵能耗。在循環(huán)水泵的壓水倉(cāng)和葉輪軸線需要保持同心，讓葉輪軸線與壓水倉(cāng)流道中心線保持一致，能夠提高循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程，進(jìn)而維護(hù)水泵的工作效率，降低過(guò)度能耗。檢修人員還需要檢查葉片安裝是否符合規(guī)范，循環(huán)水泵內(nèi)的管道結(jié)構(gòu)，進(jìn)口端與出口端是否存在銹蝕或堵塞的情況，及時(shí)進(jìn)行修繕，減少流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，讓液體輸送狀態(tài)良好。此外，還需要注意循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑程度。

2.2 提高電機(jī)實(shí)際使用率

循環(huán)水泵依靠電機(jī)獲得動(dòng)力，因此要提高電機(jī)的實(shí)際使用率，削減電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的能耗。可以采用將高壓變頻器設(shè)置在電機(jī)中的方法控制循環(huán)水泵流量，代替此前的用閥門(mén)控制，使得技術(shù)人員在操作過(guò)程當(dāng)中能夠?qū)λ贸鏊髁坑懈珳?zhǔn)的把控。高頻變壓器可以通過(guò)改變電源頻率來(lái)控制流量，能夠幫助技術(shù)人員更準(zhǔn)確地控制循環(huán)水泵的工作效率，能夠及時(shí)根據(jù)線路的運(yùn)行情況調(diào)整，能夠穩(wěn)定狀態(tài)、調(diào)速節(jié)能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高電機(jī)實(shí)際使用率的目標(biāo)。以機(jī)械閥門(mén)為控制結(jié)構(gòu)，無(wú)法針對(duì)線路中液體溫度變化等實(shí)時(shí)信息調(diào)整電機(jī)功率輸出，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法隨著功率輸出實(shí)際需要來(lái)做出改變，引入高頻變壓器則可以穩(wěn)定電機(jī)電流，通過(guò)水泵內(nèi)部設(shè)置的傳感器和溫控儀等設(shè)備接收線路內(nèi)部情況，再傳遞至人機(jī)操控界面以便于工作人員進(jìn)行調(diào)整，極大提高了電機(jī)實(shí)際使用率，能夠在電機(jī)的能量供應(yīng)上有效降低能耗[2]。雖然從目前看來(lái)高頻變壓器的技術(shù)還需要進(jìn)一步地適應(yīng)循環(huán)水泵的具體結(jié)構(gòu)和功能，而且變頻器的溫度難以控制，但是不能忽視高頻變壓器在節(jié)省能源和維護(hù)循環(huán)水泵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要作用。

2.3 操作精細(xì)化

技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)操作需要進(jìn)一步精細(xì)化來(lái)實(shí)現(xiàn)降低循環(huán)水泵能耗和提高循環(huán)水泵使用壽命。一、在操作前要檢測(cè)閥門(mén)狀態(tài)，確定進(jìn)水端與管道連通，在設(shè)備運(yùn)行前出水端需要保持閉合。檢查循環(huán)水泵內(nèi)部通暢和水泵軸承聯(lián)動(dòng)穩(wěn)定，對(duì)于一些有著專(zhuān)門(mén)要求的循環(huán)水泵還需要進(jìn)行試運(yùn)行暖機(jī)，然后再打開(kāi)出水端。二、在倒換循環(huán)水泵的過(guò)程中要先啟動(dòng)備用設(shè)備，確保備用設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好再開(kāi)啟出水端，并且在備用設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)逐漸穩(wěn)定時(shí)再關(guān)閉被倒換的循環(huán)水泵。三、循環(huán)水泵運(yùn)行過(guò)程中需要檢查水泵外部和管道線路中是否存在滲漏現(xiàn)象，如果發(fā)生液體泄漏需要啟動(dòng)備用設(shè)備，停運(yùn)問(wèn)題水泵，交由維修人員進(jìn)行處理。四、循環(huán)水泵停機(jī)時(shí)需要首先關(guān)閉出水端閥門(mén)，然后在控制箱上停止循環(huán)水泵的運(yùn)行，最后檢查循環(huán)水泵內(nèi)部的液體壓強(qiáng)是否恢復(fù)到運(yùn)行前的狀態(tài)，在控制循環(huán)水泵的整體流量中，操作人員需要防止液體回流，合理調(diào)節(jié)進(jìn)水端開(kāi)合程度，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要設(shè)置滿足流量的進(jìn)水端開(kāi)合程度，防止水泵的過(guò)度運(yùn)行帶來(lái)的能源浪費(fèi)。檢修工作也需要進(jìn)一步精細(xì)化，根據(jù)循環(huán)水泵的整體結(jié)構(gòu)檢查設(shè)備老化情況，根據(jù)配件磨損情況及時(shí)作出修正，循環(huán)水泵工作原理如圖2 所示。

圖2 循環(huán)水泵工作原理

2.4 循環(huán)水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

石油化工領(lǐng)域所需要的循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方案較多，在進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要因地制宜地安排，以降低循環(huán)水泵的能耗。設(shè)計(jì)選型能夠根據(jù)工廠的整體結(jié)構(gòu)來(lái)安排循環(huán)水泵各組成部分的具體位置，以降低機(jī)械損失和減少水資源浪費(fèi)為主要的要求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備中存在的隱患風(fēng)險(xiǎn)，提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。目前，循環(huán)水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)備位置主要分為三種。

(1)地上循環(huán)水泵是最為普遍的循環(huán)水泵安裝方法，經(jīng)濟(jì)成本較高，運(yùn)行成本也較高，而且由于水池設(shè)置在地上，相關(guān)的藥劑消耗較大。

(2)地下、半地下安裝循環(huán)水泵。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然經(jīng)濟(jì)成本較高，也給全面檢修和點(diǎn)檢工作增加難度，但是能夠有效節(jié)約工廠用地，運(yùn)行所需費(fèi)用也最低，而且循環(huán)水泵可以根據(jù)工程設(shè)計(jì)完成自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行情況較為可靠。

(3)自吸式循環(huán)水泵的優(yōu)勢(shì)在于安裝和檢修工作難度低，經(jīng)濟(jì)投入小，造成的能耗也相對(duì)較低，而且建筑工程方面的投入也比地上及地下建設(shè)成本要低，其運(yùn)行穩(wěn)定情況更加可靠[3]，循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示

圖3 循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)明晰循環(huán)水泵的工作原理和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特征能夠了解到，循環(huán)水泵超過(guò)理論能耗的原因是網(wǎng)路損失和實(shí)際損失等，再根據(jù)能耗橋計(jì)算法則我們發(fā)現(xiàn)，提高循環(huán)水泵的定期檢修工作，在電機(jī)結(jié)構(gòu)中增加高壓變頻器，在相關(guān)專(zhuān)業(yè)操作中提高精細(xì)程度，優(yōu)化循環(huán)水泵的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效降低循環(huán)水泵能耗，為企業(yè)提供了成本較低的改造方法。