泵系统测试方法的研究及其在系统优化中的应用*

秦宏波，胡寿根

(1.上海理工大学动力工程学院，上海 200093;2.上海市能效中心，上海 200040)

0 引言

泵系统广泛应用于食品加工、化工、农业、机械和医药等工业领域和商用领域中。据权威部门统计[1]:泵系统用电量约占全世界发电量的20%和工业系统用电量的25% ～50%。2001年，联合国工业发展组织/国家发展和改革委员会“中国电机系统节能项目组”进行的调查显示:和国外相比，我国未改造的泵类产品效率平均比国外低3%～5%，而整个系统的效率同比约低20%，具有非常大的节能潜力。根据全生命周期成本理论，泵系统的设备采购费用只占其全生命成本的一小部分，而能源和维护成本则占到了其在15～20年生命周期成本的绝大部分。大量研究和成功案例表明:应用系统方法对泵系统进行优化，可以达到30%～50%的节能效果。

本文针对泵系统常用调节手段及导致的低效运行问题，在对系统进行全面测试分析的基础上，应用最合适的手段对其进行改造，进而达到最佳节能效果。

1 泵系统调节方式

泵系统优化的最终目标是使单位功率输入能够输送尽量多的流体或能量。在中央空调系统中，其目的是要做到输送单位冷量(或热量)消耗最少的泵功率。目前，泵系统流量调节的手段主要有截流控制、旁通控制和变频控制三种，下文将对这三种控制方法进行具体介绍。

1.1 截流控制

截流控制就是通过增加系统管路阻力来调节系统流量。常见的方法是调节泵出口阀门开度或系统上冷却塔前阀门开度来调节系统流量。在这样的系统中，阀门压降造成的系统能量损失就是节能的潜力所在。其性能变化曲线如图1所示。

图1 截流控制系统性能变化曲线

1.2 旁通控制

旁通控制的调节方法在中央空调冷媒水系统中较为常见，其最初目的是为了保护制冷主机的安全运行。但是，经常有用户将不运行的机组的阀门开起作为旁通使用，这就造成了能源的浪费。该方法导致的系统阻力特性变化曲线如图2所示。

图2 旁通控制系统性能变化曲线

1.3 变频控制

变频控制是根据系统需求，通过变频器控制电机转速进而控制系统流量的控制方法。目前，变频由于其技术本身已比较成熟且成本日益降低，而成为用户在泵系统节能时使用最多的技术手段。但并不是任何系统应用变频技术都可以达到节能的效果，即使节能也不一定取得最大的节能收益，这取决于原来的泵和系统需求的匹配情况，以及原来泵的运行工况点。需要特别指出的是，变频技术适用于以阻力特性为主的系统，而在以净扬程为主的系统中，变频技术并不是最佳选择。本文以上海第七人民医院的中央空调系统为例，介绍一种没有应用变频技术，而通过系统测试选择与系统特性相匹配的泵的方法，对系统进行改造的成功案例。其系统性能变化曲线如图3所示。

图3 变频控制系统性能变化曲线

2 系统测试

全面分析泵系统的效率及节能潜力，最可靠的方法就是对系统进行全面测试，测试参数包括流量、扬程、系统关键点压力和泵运行功率，有时还要测试供回水温差和泵电机转速等参数。为保证测试数据的准确性，应使用标定过仪表。

2.1 流量测试

流量测试的目的是确定系统的流量是否满足工艺或制冷机需求，为系统效率分析提供主要依据。在所有的测试参数中，泵流量的测定最为困难，为了不影响系统的正常运行，流量测试最好应用超声波流量计，并选择合适的测试位置。

2.2 压力测试

压力测试的目的是确定泵运行的实际扬程，以及通过机组或节流阀的压力损失是否正常。最简单的测试方法是应用高精度数字式压力表进行测试，但对于已安装变频或系统阀门进行动态调节的系统，为了记录系统的动态变化特性，最好应用数据记录仪对各测试点的测试值进行同时记录。

2.3 功率测试及其他参数测试

功率测试的目的是确定泵运行的实际功率，另外还要进行有关温度和泵电机转速等的测试。

3 系统分析

系统分析就是根据系统工艺的实际需求、系统的实测数据和泵的实际运行状况，分析系统的实际运行效率和节能潜力，并提出优化方案，有时可以利用系统分析软件对系统效率进行计算。

4 系统优化案例

4.1 工业循环冷却水系统

新亚药业循环冷却水系统由3台160 kW和1台75 kW泵组成，主要服务于制冷机和全厂工艺冷却。经过全面的系统测试，发现系统泵与系统阻力不匹配，泵的运行效率低，制冷机压降为正常水平的2倍多。根据系统分析，所采用的改造技术如下:

(1)根据系统阻力特性重新配置泵;

(2)水处理解决机组压降过大问题;

(3)集中控制解决系统负荷变化问题。

改造前泵运行平均功率200 kW，改造后经过3年运行其平均运行功率只要60 kW就能满足系统需求，节电率达70%。

4.2 医院中央空调系统

上海市第七人民医院中央空调系统由2台溴化锂制冷机组、3台55 kW冷却泵和3台30 kW冷媒泵组成，正常运行情况下，1台制冷主机和1台冷却泵、1台冷媒泵运行。测试发现:冷却泵和冷媒泵的流量扬程与系统的阻力特性曲线不匹配。根据制冷机组的额定需求，对泵系统进行了改造，采用与现有管路系统阻力特性相匹配的泵替代原有泵。

改造前泵运行的总功率为79.5 kW，改造后为43.5 kW，节能率为45%，两年内即可收回投资。

5 结语

中国电机及电机驱动系统节能改造已列入我国经济和社会发展“十一五规划”。要求在“十一五”期间逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速节电技术。上海新亚药业有限公司循环冷却水系统和上海市第七人民医院中央空调水系统，具有泵系统应用的普遍性和典型性，这两个系统的节能改造，体现了系统技术整合的优势，取得了比单一设备改造更高的节能效益，在泵系统节能改造中具有复制可行性。

[1]中国电机系统节能项目组.中国电机系统能源效率与市场潜力分析[M].北京:机械工业出版社，2001.