循环水泵节能改造与应用

发布时间:2021-12-05 00:13:56

中外能源
第6期
SINO—GLOBAL ENERGY ?97?

循环水泵节能改造与应用
丁均胜
(中国石油大连石化公司。辽宁大连116032)



要水泵流量、扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和i次方成正比。对于流量经常变化的场合。采用变频调速
技术,控制电机转速,改变泵的流量和扬程,可节约电能50%,显著降低节流损耗,且生产T艺稳定.具有调速性能 好、节能效果显著、运行T艺安全可靠等优点。根据运行参数,输送同等流量的水,减少压头损失40m,电流降低约 40A,节约用电14kW?h.按目前T业电价0.67元/kW?h计.每年产生直接经济效益8万余元。叶轮切割也是常用的 节能技术之一.其技术实施要满足i个条件:水泵实际循环流鼍满足系统需求。水泵铭牌扬程高于实际扬程5m以 上;水泵在装置内所有循环系统主支路调节阀全开时,循环水泵的运行电流超过额定电流;能够降低装置循环系统 的阻力。应用叶轮切割技术后,单台水泵T作电流由32A降至30A,一年节电68590kW?h。

关键词变频技术叶轮切割水泵风机节能

1前言 在供排水行业,循环水泵电耗占循环水泵房总
耗电成本的70%一80%.冷却塔风机及其他设备占 总耗电成本的20%一30%。装置设计时往往从安全 角度出发.加大循环水泵流量、提高循环水泵扬程, 以致增加水泵电机容最.从而加大循环水泵的电能

2.1水泵流量调节

离心泵在指定管路上工作时.由于生产工况发 生变化。可能出现泵的设计流最与生产要求不相适 应。或已选择好的离心泵在特定管路中运转时,所 提供的流鼍与实际工况不符等情况。对此,需要进 行流量调节,也就是改变泵的工作点。 既然泵的工作点为管路特性和泵的特性所决 定,因此,改变两种特性曲线之一,均能达到调节流
量的目的。 2.1.1改变阀门开度 改变离心泵出口管线上的阀门开度,实质是改

消耗。现在.绝大部分循环水泵房均采用调节阀门 开度及变频凋速的运行方法。来调节循环水流量, 但因变频设备投资较大。决定了变频调速装置不是 降低水泵能耗的最佳方法。 理论上讲。只有让循环水泵的扬程在保证必须 循环流量的前提下与系统运行阻力值接*,才能达 到降低水泵能耗的目的。生产实际中,由于技术水 *限制或缺乏必要的测试手段.加之设计时留有较 大的富裕量,水泵扬程大多超出系统实际阻力(最 多超过20m以上),增加了能量消耗。
2变频调速节电原理及应用

变管路特性曲线。当阀门关小时。管路的局部阻力

加大(见图1),工作点由M移至尬,流量由Q减小
到QM。当阀门开大时,管路局部阻力减小,管路特

性曲线变得*坦,工作点移至腹,流量加大到QM。
用阀门调节流量迅速而方便.且流量可以连续变

化,适合连续生产的特点。其缺点是当阀门关小时, 流动阻力大,要额外消耗一部分动能,经济性差。
2.1.2改变泵转速

由离心泵原理…,在相似情况下,水泵流量、扬 程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方 成正比。对于流量经常变化的场合.采用变频调速 泵供水,可以显著降低节流损耗。具有明显节能效 果。由于许多风机、水泵的驱动电机处于恒速运转 状态,而生产中的风、水流量要求处于变工况运行, 水泵和风机变频调速被认为是有效的节能措施。

改变离心泵转速,实质上是改变泵的特性曲线

作者简介:丁均胜.工程师。1987年毕业于大连广播电视大学化 工机械专业.主要从事石油化工蓑王设备管理工作。

E-mail:di蛔8_dl唧'etmcIli岫.con.cn

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2011年第16卷

(见图2),泵原来的转速为他,工作点为肘,若把转 速提高到他,特性曲线日一Q上移,工作点由肜移

△、P=P‰一PkFQOHi—H2)r/102zl

至鸩,流量由Q加大到Q弛;若把转速降至%,H—
Q曲线便向下移,工作点移至尬,流量减小至Q。。
这种调节方法能保持管路的特性曲线不变。流量、 扬程随转速下降而减小。动能消耗也相应降低。


Qu,

图3泵性能曲线与调节损失的关系

也就是说,用阀门控制流量时,有△P功率被损 耗浪费掉了。且随着阀门不断关小。这个损耗还要 增加。如果不采用关小阀门的方法,而是把电机转 速降下来,那么在转运同样流量时。原来阀门消耗
图l改变阀门开度时流量变化示意图

的功率就可以避免,从而获得节能效果,这就是水
泵调速节能原理。

2.3两种调速方式节能效果比较 在供水系统中.变频调速一般采用以下两种供 水方式:变频恒压变流量供水和变频变压变流量供 水。其中,前者应用更为广泛。而后者在技术上更为 合理,代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。 2.3.1变频恒压(变流量)供水
图2改变转速时流量变化不意图 2.2水泵调速运行的节能原理 所谓恒压供水方式.就是针对离心泵流量大时

扬程低、流量小时扬程高的特性.通过自控变频系 统,无论流量如何变化。都使水泵运行扬程保持不 变,即等于设计扬程。用户若采用关阀调节,流量减

图3为水泵调速时的全扬程特性(日一Q)曲线。 用阀门控制时,当流量要求从QM减小到Q,必须 关小水泵出口阀门。此时阀门摩擦阻力变大,阻力

少时,则工作点由尬变为M,浪费扬程aI-I=H,一
日0,若采用变频恒压供水,则自动将转速调至视,工 作点处于M点(如图4所示)。由于变频调速是无级 变速。可以实现流量的连续调节,所以恒压供水工

曲线从R移到R。,扬程则从凰上升到旦,运行工

况点从鸩点移到尬点;用调速控制时,当流量要
求从QⅣ,减小到Q,由于阻力曲线兄不变,泵的特 性取决于转速。如果把速度从仍降到竹,运行工况

作点始终处于直线凰上。在控制方式上,只需在水
泵出口设定一个压力控制值即可,简单易行。显然.

点则从尬点移到膨点,扬程从风下降到凰。根据
离心泵特性曲线公式川: P=QHr/10271
(1)

恒压供水节约了蝎,而没有考虑埘j。因此,它不
是最经济的供水调节方式。尤其在管路阻力大,管 路特性曲线陡曲的情况下,A日2所占的比重更大, 其局限性就显而易见。 2.3.2变频变压(变流量)供水 变压供水方式控制原理和恒压供水相同.只是

式中:P为水泵使用工况轴功率,kW;Q为使用工 况点的水压或流量,m3/s;H为使用工况点扬程,m; r为输出介质单位体积重量,kg/m3;刀为使用工况 点的泵效率,%。

可求出运行在尬点和肘点泵的轴功率为:

匕=洲102田
只f=QH2r/102

压力设置不同。它使水泵扬程不确定.而是沿管路 (2) (3) 特性曲线移动(见图2)。当流量由Q—Q托时,自动

将转速调至饱。,工况点处于尬点。此时水泵轴功率
Ⅳl小于恒压供水水泵轴功率Ⅳ2。变压供水理论上

两者之差为:

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避免了流量减小时扬程的浪费,显然优于恒压供 水。这种方法适用于压力、流最随时变化的系统。在
控制方式上.一般只需在系统储罐上设定一个液位

用电14kW?h,按目前工业电价0.67元/kW?h计, 每年产生直接经济效益8万余元。

控制值。当液位降低时泵转速增加,反之则减小。

图5自来水泵控制系统方框图 表1变频器安装前后参数比对
流量调节方法 阀门调节 图4改变阀门开度及泵转速性能曲线图 变频器凋节
泵m n压力,MPa 0.85—0.9 O.4~0.45

流鼍/(m3?h。11
85~95 85—95

电流,A
60—80 20一35

2.4变频调速器在循环水泵房的应用 2.4.1变频调速器在自来水泵上的应用

3叶轮切割理论的节能原理及应用
3.1叶轮切割理论

大连石化自来水供水系统现有供水泵2台。其 型号为150S一78.流量为160m3/h。扬程为78m。转速
为2900r/min,额定电机功率为55kW,额定电流为

根据叶轮切割定律。在一定条件下。叶轮切割

后,泵的性能参数,如流量、扬程、功率(0、日、M存
在下列关系f21:
QI/Q=D。/19 (5)

102A.供水最为1500—2200m3/h。由高位水场经四循
一套自来水送水泵加压送到山顶1000m3和4000m3

凰,日=【D-/D]2
iV,/N=p./D]3

(6) (7)

消防水池(两水池出口串联)。再利用高位差送往各 生产车间及用户。由于用水量变化大,用水高峰时 是*时用量的2倍。低峰时用水量仅为*时用量的
1/3。生产要求消防水池高水位蓄水,用户消耗水量

式中:Q、日、Ⅳ、D分别为泵流量、扬程、轴功率、叶 轮直径;Q.、1t,、Ⅳl、D。分别为泵切割后的流量、扬 程、轴功率和叶轮直径。 以上公式在实际应用中存在一定误差。叶轮切 割必须在一定范围内。满足一定条件。否则会大大 降低水泵效率.甚至使切割后的水泵失效。不能正 常工作。水泵的切割量与比转数有关121(见表2)。
表2离心泵叶轮的允许车削■
比转数他。 最大允许 切割量.% 效率下降值
60 120 200 300 350 7 350以上

应及时补充,造成水泵送水量波动大。用阀门控制 调节水量,泵出口阀门前后压差达到O.4~0.45MPa, 存在大马拉小车现象。根据以上情况,将其中一台 水泵安装变频调速器控制系统(如图5所示),由山 顶蓄水池液位传感器测得水位信号,传递给变频调 速器,并与给定值进行比较,得出被调量的偏差后, 通过(4,20mA)信号传递给变频调速器,从而控制电 机转速。改变泵的流量和扬程,使蓄水池液位控制 在一个设定的位置.达到自动稳定供水的效果。也 可采用手动操作.通过调节器手动给定数值,传到
变频调速器,来控制电机转速。

20

15

ll





每切割10%下降l%

每切‘割4%下降l%

3.2水泵叶轮的切割

3.2.1切割的必要条件 循环水泵的设计选型和实际管路系统存在差 异,但并不能任意实施叶轮切割技术。必须要具备 如下条件:

2.4.2运行效果分析 水泵电机安装变频调速器后,节能效果显著。 经比对,节约电能50%,且生产工艺稳定。安装变频 调速器前后实测数据见表l。 根据运行参数。输送同等流量的水。减少压头 损失40m,电流降低约40A。根据公式(4)计算,节约

①水泵实际循环流量基本满足系统需求时。
其铭牌扬程高于实际扬程5m以上。水泵扬程的测 定可用精密压力表更换水泵进出口压力表,通过多

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2011年第16卷

次重复,计算进出口压力差值,*均得出水泵扬程。 ②水泵在装置内所有循环系统主支路调节阀 全开时。检查循环水泵的运行电流是否超过额定电
流,如超出可以切割。因为,如果水泵超电流,则证

量损失较大:电机电流并没有因为泵的工作点的左 移而有明显降低,出口管路阀门开度稍微增大,便 会造成电机电流接*或超过额定电流:泵体振动较 大。此种工况下运行,不但存在设备的运行隐患。还
会造成能量的浪费。

实全开阀门后流量增加了,水泵切割后能在降低阻 力后增加流量,所以必须具备此条件才能切割。 ③装置内有降低阻力的可能。降低阻力有两 种情况:一是通过将装置内未全部开启的阀门全部 开启来降低装置内部阻力:二是放大母管及支管的 管径,降低管道摩阻。从而降低阻力。降低阻力的目 的是改变系统的管路特性曲线.从而使叶轮切割扬 程降低、流量增加。理论上讲.在泵循环系统不变的 情况下.叶轮经过切割后。水泵扬程、轴功率和流量 都应降低,但是通过降低循环系统的阻力。改变循 环系统的管路特性。使叶轮切割后水泵的工作点后 移,可以实现扬程降低,轴功率降低,流量增大。 3.2.2叶轮切割的实施方法 ①测试水泵的运行状况:水泵的运行测试主 要包括水泵流量、扬程及工作电流等,同时检查阀 门是否全部打开。如未全部打开,应测试所有阀门 打开时的流量、扬程及工作电流。分析水泵测试结 果是否具备以上要求的3个必要条件,如具备则可 以切割。若在不具备条件时切割,会造成水泵扬程、 流量达不到实际要求,甚至使水泵失效,即水泵的 流量、扬程及轴功率急剧降低,不能正常使用。 ②水泵叶轮切割:理论上讲.根据生产装置循 环水系统阻力变化。求解阻力变化后系统的管路曲 线及切割抛物线,即可确定循环水泵叶轮直径的切 削量。实际应用中,由于切割理论来自大量的感性 实验,情况复杂,只能参考水泵的性能曲线,结合实
际经验进行切割。

测试结果可以看出,水泵的实际扬程(55m)低 于设计扬程lOm,且超过额定电流0.5A。该水泵具 备切割条件。由于生产装置阻力变化大。装置系统 的管路特性曲线和水泵的切割抛物线也发生变化. 利用切割定律来求解水泵新的工作点难度很大。因 此.水泵叶轮的切割量只能根据实际情况采用经验 的办法来确定。该水泵系列叶轮为两个不同直径叶
轮:CHZ300—500B型水泵所配叶轮直径为352mm.

CHZ300—500C型水泵所配叶轮为322mm。确定两个 叶轮直径的中间值。即337mm为切割后叶轮的直 径。切割后水泵循环流量为1030m3/h,扬程为60m, 工作电流为30A。切割后水泵振动现象消失,出口 阀全部打开时电机电流不超标。装置内系统压力控 制在O.5~0.55MPa.确保了生产装置和循环水泵的 稳定运行。 叶轮切割后.该单台水泵工作电流由32A降至
30A,节电约7.83kW?h,一年节电68590kW?h。照此

计算。3台水泵一年共节电205770kW?h.每千瓦时 电按O.67元计算,每年节约电费开支10万余元。
4结论

采用变频调速技术后。由于水泵出口阀全开。 消除了阀门因节流而产生的噪音.改善了工作环 境。同时,克服了因调节阀故障对生产带来的影响, 具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可 靠等优点。在大力提倡节约能源的今天,推广使用 这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一 体的高科技节能装置。对于提高劳动生产率、降低
能耗具有重大的现实意义。

3.3叶轮切割理论在循环水泵房的应用 四循一套循环水泵房共有5台循环泵.采用3 开2备的并联运行模式,型号为CI-IZ300—500B,其
性能参数见表3。
表3
流量/

参考文献:
【l J天津大学化丁原理教研室.化T原理(上册)【M】.天津:天津 科学技术出版社。1985:116一118. 【2】浙江大学。北京化下学院.化T机械(下册)【M】.北京:化学下 业出版社.1979:215—217. 额定 电压,


CHZ3∞一500B单级单吸式离心泵性能参数
扬程,


转速,

轴功率, 配用电机
kW 250

(m3?h。’)
1100

(r?nfin“) 电流/A
29lO 31.5

功率,kW
250

65

6000

该系统投用以来。运行中发现循环水泵出口阀 开度小(最大开度为25%),总体管道阻力偏大,能 (编辑刘燕)

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Water

Circulating Pump Energy Saving

Upgrade and Application

Ding Junsheng (PetroChina
Dalian Petrochemical Company,Dalian Liaoning


16032)

【Abstract】A
first,second
quency

water pump’S

flow of its

rate,lifting

capacity and

power

are

respectively changes

in

direct proportion

to

the fre— and

and

third

power

rotating speed.Where
to
save

the

flow

rate

frequently,using change
can

variable flow
rate

speed regulating
capacity

technology
pump
call

control
up to

the

rotating

speed

of

the

motor to

the

lifting

of and

the has

50%of
as

electricity

used.This

method

significantly

reduce
proper-

throttling

loss

many

other and

benefits safe and

such

stable

production

process,good

speed regulating
data show that about

ties,good energy
ter

saving effect
at

reliable operating loss dropped

procedures.Operational
by 40m,the for
current

when wa? 40A and
to

is

transmitted

the
was

sanle

flow

rate,head the saved
current

dropped

14kW?h of electricity
more

saved.At could

electricity

price

industrial is
one

users(0.67 yuan/kw?h),up
commonly flow used
energy water

than

80,000 Use


yuan

be

annually.Impeller must

cutting

of

saving
pump

techniques.To
meets

this


method,three

conditions the all

be

met:the

actual

circulating
water

of the least

the

system actual in

requirements and

nameplate main on.the and

lifting capacity of the branch line regulating of
can

pump

is at

5m higher
system

than the the
pump

lifting capacity:when

valves
water

of

the

circulating
pump

of its

the

unit啪fully
resistance working

tamed

operating of the

current

the

circulating

exceeds

rated current;the nique
was

of the circulating
current

system

unit

be

reduced.If the
to

impeller cutting tech—

used,the could

of



single

water

pump could

drop

30A

from 32A and

68,590kW?h

of electricity

be saved

annually.

【Keywords】variable

frequency

technology;impeller

cutting;water pump;wind

turbine;energy saving

?能源知识?

要充分认识装修材料的辐射危害
现在人们对装修材料的放射性污染与危害还是认识不足。*年来。一些家装材料的放射性超标对人体产生辐射危害的 报道层出不穷。天然石材f如花岗石、大理石等)的放射性污染轻则会让人感到身体不适,重则会有疾病.甚至致癌的危险。 在现代装修材料中,花岗岩、大理石因为它的华丽高雅、坚固实用、耐腐蚀等优点而被广泛采用。但是.人们往往忽视 了这些天然的石类材料大都具有放射性物质.这些材料中含有的放射性元素”镭”可以衰变出氧气并进入室内。而“氧”是 一种具有放射性的惰性气体.无色无味。氧气被释放到空气中后容易被呼吸系统截留,并在局部区域不断积累而诱发肺 癌。氡气诱发肺癌的潜伏期大多都在15年以上。世界上有1/5的肺癌患者与氡有关。所以说,氡是仅次于吸烟的导致人类肺 癌的第二大“杀手”.世界卫生组织把它列为使人致癌的19种物质之一。 据检测.色彩不同的石材放射性也是不一样的。白色、红色、绿色和花斑系列等花岗岩类放射性活度偏高;大理石类、 绝大多数的板石类。暗色系列(包括黑色、蓝色和暗色中的棕色)和灰色系列的花岗岩类,放射性活度较低。 其实地砖、瓷砖、混凝土等居室装修的盐选建筑材料.它们的放射性水*也同样不客忽视。这些建筑材料乏所以可能 舍有比较高的放射性水*,主要是它们的原料可能由矿业废瀣、煤渣、钢渣或工业副产品组成,而这些副产品里面常常舍 有浓缩的放射性核素.从而导致制成的建筑材料放射性水*很高。据我国放射性卫生机构对各类建筑材料的检测发现,其 放射性水*具有以下规律:无釉地砖>彩釉地砖>花岗岩>马赛克>红砖>混凝土>渣水泥>普通水泥和石灰石等。 此外,寥中的一些石材类家具和工艺摆设均可能产生“核辐射”。市场上有一种经过处理能在夜里发光的装饰品,具有 很强的放射性,不适合在居室内摆放。此外,有的舍磷矿物被加工成“夜明殊”,其放射性也偏高。 (供稿高峰)

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