摘要：循环水泵是保证空分设备正常运行的重要设备之一，也是能耗较大的设备。通过减少循环水泵的叶轮和安装变频调速装置,该部门的实际需求降低循环水供应流程设备,和供水压力相应减少,从而有效地减少水泵的能耗。
关键词：循环水泵；变频装置；节能改造
随着社会主义市场经济的发展，我国循环水泵的节能问题十分重要。针对这些问题，循环水泵的节能改造成为推动社会发展的重要课题。
1 工程案例
1.1 概述。某有限公司空分设备公用供水系统水泵采用某水泵厂生产的离心水泵。轴、叶轮均为不锈钢材质，轴端采用机械密封。共设置三台，两机备用。这个装置是由电动机驱动的。经过经济分析和比较，2015年通过与a有限公司的合作，1号泵的配电柜配置变频调速装置，其余2台泵配置叶轮切割。改造后的叶轮直径减小方案于2018年投入使用。改造后的运行经济效益显著。主要对循环水泵的节能改造进行分析和介绍，以供参考。离心式水泵有三个电机驱动水泵。正常运行状态为两用待机状态，提供全天候不间断供水。电机功率110kW，是空分设备中功率消耗较大的设备。根据生产用水需求,结合操作的分析报告,单位的实际能耗约为204千瓦/小时经过近一年的运行报告统计数据的正常工作状态下两用单位和第一备用单元,占4% -6%的公司每小时空气分离设备的功耗。改造后采用低压变频调速系统，根据实际冷却水需求，对水泵进行变速运行，降低了水泵电机的能耗。从空分设备实际最大需水量出发，原水泵有一定的水量，另外两个水泵减小叶轮直径，适当减小流量和扬程，并采用变频泵。循环水系统基本工艺流程。循环水系统的基本工艺流程如图1所示。
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图1 7500 m3/h空分设备循环水系统流程示意图
1.2 原有循环水泵相关参数。1号、2号、3号循环水泵型号为(KPC)250×200-
400X，扬程50 m，汽蚀余量3 m，流量500 m3/h，转速1485 r/min，叶轮直径410 mm。配套电机采用Y2/315/5-4型三相异步电机，功率110 kW•h，额定电压380 V，功率因数cosΦ=0.89，转速1485 r/min，额定电流198.7 A。
1.3 节能改造的理论基础。(1)变频调速节能改造。循环泵功率流问P H产品,压力和流量Q直接比转速n、H压力和速度成正比的平方n, P功率与转速直接比n,如果泵的效率,当循环水向下流动的过程要求在一定的范围内可以降低泵速n,减少水的供应,而轴输出功率P设置关系下降,水泵能耗下降快。（2）循环水泵叶轮的节能切割。当循环泵叶轮的一部分外沿被切断时，叶轮的外径D变小，相应的流量、扬程和功率也会减小。一般前后叶轮转动,流量Q正比于叶轮直径D的主要广场H的压力成正比的平方叶轮直径D和P正比于叶轮直径D的立方广场由于丰富的水原水泵、过程生产负荷和室外环境温度的变化将导致对循环水实际需求的变化。以上原理可用于运行调节，达到节能的目的。
1.4 改造方案及特点。（1）转换计划。7500m3 /h空分设备循环水机组改造方案:1号循环水泵开关控制柜增设变频节能控制系统，应使用为2号、3号水泵。另外，减少2#和3#泵的叶轮直径。循环水系统启动时，根据电机的额定功率要求，2号泵的出口阀应尽量打开，以减少泵电机因阀阻造成的功率损失。2号水泵经过削减叶轮直径后的工作流量应确保大于空分设备工艺报警值，但是没有达到工艺要求的设定值，所以需要启动经过变频改造的1#泵来补充供水。改造后的1号水泵，从软启动开始。供水管网的压力由供水总管道的远程压力计检测。管道压力与设定压力比较后，输出偏差信号，通过逆变器调节输出的工频，然后改变泵的转速，使管网压力不断接近设定压力。闭环控制系统在管网中实现恒压，通过不断的监测和调节，将循环水补充到需要的数值。根据过程中循环水流量设定值的变化，变频调速装置自动调节频率，改变转速，供给过程所需流量，不产生富流量，减少电机工作。 2号水泵工作出现故障时，总管压力下降，此时1号变频水泵测得总管压力、流量下降后，自动升频至工频以确保供水量达到工艺要求标准，操作人员在得到故障信号后，启动3号水泵，保持设备连续运行。（2）改造特点。1)用户可以根据实际流量、压力等参数在触摸屏上调整相应的软件数据，以满足不同的操作需求，非常实用。2)该设备具有“软启动”和“软停止”功能，最大限度地减小水泵的启动电流和启动速度，减少压力突变对管网的影响，从而延长设备的使用寿命。3)实现了泵的节能运行，降低了电能的消耗，从而降低了电机的温升，延长了泵和电机的使用寿命。4)操作简单，显示直观。
1.5 改造后的节能效果。根据工艺要求，3台循环泵改造前后的结果如表1所示。
表1 7500 m3/h空分设备循环水系统3台水泵改造效果
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从表1可以看出，转换后的每小时功耗比转换前降低了44%，其中 2号泵随着叶轮尺寸的改变，在同一时间内也降低了12.4%。1号水泵改造后节能:102.38-57.02= 45.36kw，但更换叶轮后，2号泵的节功率为101.54-89.03= 12.51kw，合计节功率为57.87kw。这样，按当地0.7元/(kW•h)的电价，每月可节省约41666.4kw，相当于约29166.48元。节能效果显著。
5 循环水泵节能降耗措施
5.1 优化操作。(1)全开循环泵出口阀门，减少循环泵出口阀门节流造成的压力损失。水泵出口阀门全开后，循环水泵出口压力与循环水管压力的差值变小。(2)根据现场具体操作循环水泵的状态,通过正确的进气阀关闭循环水泵,循环水泵的流量减少,从而减少循环水泵的工作负荷(一般不建议调整循环水泵的出口流动通过调节循环水泵的进气阀)。优化运行后，通过减少循环水管网的循环水流量和压力损失，将循环水泵电机的电耗由300kw/套降低到260kw/套，共计节约40kw/台。
5.2 技术改造。为了进一步节能降耗，分析探讨了循环水泵设计水头高、流量大的问题，从而选择合适的技术改造方案。(1)重新设计泵叶轮，局部(包括叶轮、轴、轴承、密封)或整体更换泵。该方案的优点是根据循环水系统实际工况得到的准确数据对叶轮进行重新设计，能够更好地匹配更换后的实际工况。而且节能效果明显，更换后电机电流会明显降低。缺点是:投资成本根据泵的大小从几万元到几十万元不等，更换后会导致原设备闲置。更换单泵扬程投资约3万元，更换单泵总成本约8.9万元。(2)对循环泵叶轮进行切割，通过减小叶轮直径来改变循环泵的扬程和流量，使其与循环水的使用相匹配，达到节能降耗的目的。该方案的优点是:投资少;不需要改变泵和电机的原有配置和结构;节能效果明显，叶轮切割后泵电机电流明显减小。不需要额外的设备。缺点是:对加工工装要求高;计算要准确，否则很难达到预期的效果。全不锈钢叶轮投资1.3万元。(3)循环水泵的电机装有变频器。通过调节电机的转速，控制水泵的扬程和流量，使之与循环水的流量相匹配，减少了水泵的消耗。加电机变频器的主要优点是:有一定的负载调节范围，可根据实际使用情况在设计流量附近进行调节;不需要改变泵或电机的原有配置和结构;调整过程顺利。缺点:投资成本高(尤其是10kv大功率变流器成本高);电磁干扰对周边仪表控制设备的干扰很大，使用不当往往会造成仪表控制测量点测量误差、故障，仪表控制PLC系统损坏，如果仪表控制测量点有联锁信号，可能触发联锁;变频器的非线性等效负载特性对工厂供电系统有很大的干扰，并会通过电网干扰其他电气设备。需要增加额外的建筑物来放置变频器。根据变频器选型，增加10kv变频器需投资50万元。根据以上分析结果，确定了泵叶轮的切割方式，以降低循环泵的功耗。
总之，采用先进的变频技术改造，以降低空分设备的功耗，提高企业的经济效益是大势必然，是响应国家“节能中长期专项规划”的项目。为了配合和实现节能降耗的目标，从一个小的点开始，对水泵机组变频调速进行改造，达到了节能的目的，取得了节能效益。
参考文献：
[1]张新.浅谈空分设备循环水系统水泵节能改造分析.2018.
[2]王桂荣.论循环水泵节能技术研究与实施研究.2017.
论文作者:吕伟,刘冬平
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
标签：水泵论文; 叶轮论文; 节能论文; 电机论文; 设备论文; 压力论文; 流量论文; 《基层建设》2020年第1期论文;