中型泵站節能改造技術分析

褚海波

摘要：中型泵站每年提水量大、揚程高、能耗大，主機組的選型和效率極大地影響著運行成本，實際生產中的水泵運行偏離最佳工況點，導致水泵不在高效區間運行，造成了電能的大量浪費;灰口鑄鐵材質的葉輪和雙吸環由于機械性能不佳，造成容易氣蝕磨損、壽命短、效率低、維修工作量大等缺點。為此根據運行條件的變化，分析了電能浪費的原因，提出了采用水泵選型優化、改變葉輪和雙吸環材質并對其進行特殊合金噴涂等辦法解決電能損耗、維修成本大等問題，從而提高了效率、降低能耗、延長水泵使用壽命，節約了運行成本。

關鍵詞：泵站節能;機組選型;水泵改造

分類號：TP2

一、工程概述

三門峽市槐扒黃河提水工程是河南省重點建設項目，提水工程總規模從黃河提水流量7m3/s，其中一期工程提水流量3m3/s， 二期工程提水流量4m3/s，分四級提水，提水總揚程359m，輸水干線總長31.17km，渠系建筑物39座，其中泵站4座、主機組21臺、沉砂池3座、隧洞7條，渡槽7座，倒虹8座，架空管7座及分水閘、增壓站、分水口等。輸水干線明渠8段共長2180m，預應力鋼筋混凝土壓力管道長17.5km，另建中型調節水庫一座。黃河水在含沙量大于50kg/m3時，或黃河水位低于設計最低取水位246m的情況下，渠首泵站無法提水，由水庫調節供水，水庫設增壓站一座，裝機四臺。隨著小浪底水庫的運行，渠首一級泵站黃河水位不斷抬高，一級泵站抽取黃河水，經輻流式沉砂池沉沙至水含沙量小于3kg/m3時送入二級站。

二、問題的提出

1水位變化影響節能

槐扒工程渠首一至四級泵站泵站共有機組21臺，總裝機容量21000kw。一級站裝機6臺，揚程70m，單機流量0.8～1m3/s，二、三、四級泵站分別裝機4臺，揚程100米，單機流量為1m3/s。一級泵站抽取黃河水，上距三門峽大壩23km，下距小浪底大壩108km，處于小浪底水庫的回水末端。小浪底水庫自2010年運行方式發生變化，非汛期水位維持在260～270之間左右，比最低水位246高出14～24米。黃河正常水位較以前升高10多米，已偏離了原水泵運行的工況點，造成原有水泵運行效率降低。

2機組選型影響節能

增壓站共四臺500s35水泵，揚程35m、流量2016m?/h，軸功率218kw、轉速970轉/分，配套電機型號為Y2355L，額定功率250kw 、轉速990轉/分、效率94﹪、額定電壓 380v、額定電流455A，功率因數0.88、絕緣 F級。運行中，電機功率達到260kw以上，出水流量達到2100 m?/h，電機處于過負荷狀態，電機溫升較高，8小時后甚至溫度可達到110℃以上，處于耗能較高狀況，電機絕緣老化快，數次出現電機燒毀事故。為了降低電機功率，水泵出廠時已經過一次切削，在使用過程中又經三次葉輪切削，電機運行功率有些降低，但是任然不能解決電機過熱問題，并使水泵效率進一步降低。

三、節能改造

1一級泵站水泵改造

針對一級泵站水位變化大特點，可以采取安裝高壓變頻器和優化水泵選型兩種辦法節能。高壓變頻設備造價昂貴，一級泵站6臺水泵，6臺設備造價在180至240萬元 ，因此采用了優化水泵選型辦法。三臺水泵更換為流量1 m?/s，揚程60m，轉速970r/min，軸功率664kw，揚程比原水泵減少10m，滑動軸承變為滾動軸承，填料密封變為機械密封。經測試，選擇合適工況水泵后，效率比原工況水泵提升效率8.9%。

2二、三、四級站水泵節能改造

水泵參數不變，每站更換2臺水泵葉輪為鋼板葉輪、并對葉輪和口環進行ni60合金噴涂。經測試對比，鋼板焊接葉輪使用壽命較長，抗汽蝕耐磨蝕性好、效率提高2.2%、使用壽命能延長至10000小時左右、葉片汽蝕磨蝕破壞后可修復再生使用。

3增壓站水泵機組改造

針對增壓站水泵運行偏離工況點，電機處于過負荷狀態，且電機溫升較高，能耗較大情況。更換水泵型號為SC2000-60，額定流量2000m?/h、揚程30m、轉速 970轉/分、效率85﹪，葉輪為鑄造不銹鋼材質，滑動軸承變為滾動軸承，填料密封變為機械密封。電機更換為高效電機，型號為YE3-355L-6，額定功率250kw、額定電流456A、額定電壓 380v、990轉/分、效率95.8﹪、功率因數0.87、絕緣 F級。經測試，水泵流量為2050 m?/h，電機運行功率為220kw，夏天連續運行最高溫度不超過80℃，解決了電機過負荷溫度過高問題，經測試機組效率提高11%。

四、節能分析

1不同材質水泵部件性能對比

A3鋼板和鑄鐵材料相比，具有良好抗汽蝕耐磨蝕性、良好的機械加工性能，工藝簡單便于操作，生產成本較為便宜。A3鋼板材料屬于軋制態，金相組織細密，沖擊韌性好，耐疲勞，并且這種材料的可焊性和機加工性能良好，是制造黃河含砂水質工況下雙吸離心泵葉輪的較為理想材料。對葉輪和口環進行ni60合金噴涂，可大大增加其使用壽命。如果灰口鑄鐵葉輪使用壽命按5000小時計算，球墨鑄鐵葉輪使用壽命按8000小時計算，鋼板焊接葉輪使用壽命按20000小時計算，鋼板焊接葉輪的使用壽命是 灰口鑄鐵葉輪的4倍，是球墨鑄鐵葉輪的2.5倍。而鋼板焊接葉輪的造價僅為灰口鑄鐵葉輪造價的1.4-1.5倍，是球墨鑄鐵葉輪造價的1.3-1.4倍，鋼板焊接葉輪的修復成本是其造價的1/10左右。由此可知，鋼板焊接葉輪性能優于球磨鑄鐵葉輪和灰口鑄鐵。

2水泵結構節能對比

水泵同為填料密封和滑動軸承結構下，鋼板葉輪水泵比灰口鑄鐵葉輪水泵能節能在2.2%左右;機械密封、滾動軸承、不銹鋼鑄造葉輪結構的水泵比填料密封、滑動軸承、灰口鑄鐵葉輪結構水泵節能3.4%左右。

3不同工況水泵節能對比

根據水泵實際揚程的變化，在揚程減少較大情況下，切削葉輪只能降低水泵效率。在不改變水泵安裝尺寸情況下，改變水泵參數，適合變化后的工況點，節能效果明顯。

4高效電機與普通電機節能對比

目前泵站在用的低壓電機效率普遍不超過90%，更換為YE3系列高效節能電機后，效率可達到95%。通過高效節能電機改造后，電機效率提高5%左右。

五、總結

中型泵站流量大、揚程高，電費占提水成本比例較大，根據揚程變化調整水泵參數，使水泵運行靠近工況點，提高效率，節能效果明顯;通過葉輪和口環材質改造，增加使用壽命，同時也可以提高效率;更換普通電機為高效電機提高效率，降低能耗。

參考文獻：

[1]張雷 . 淺談泵站工程節能設計與優化運行 [J]. 中小企業管理與科 技 ，2012（01）.

[2]張杰 . 淺析泵站工程機電設計中的節能措施 [J]. 科技致富向 導 ，2013（18）.

（河南省三門峽市水資源管理處，河南三門峽? 472000）