输水管道泵机组的优化配置

王群雁

中国石化集团管道储运公司华东管道设计研究院

输水管道泵机组的优化配置

王群雁

中国石化集团管道储运公司华东管道设计研究院

泵机组是长输管道的重要组成部分，为了将输送介质安全、稳定地输送至目的地，需要合理选择泵机组的结构形式、运行台数及运行方式，并充分结合项目本身特点、经济效益和泵厂技术等，确定适合于该方案的泵机组配置方案。以某输水管道为例，设计了4种不同的水泵机组配置方案进行比选。该项目输水泵系统配置推荐采用设置给水泵+外输泵方案，给水泵汽蚀余量要求≤4m，取水方案采取水池取水。考虑到国产设备技术已很成熟，费用相对进口设备低，泵机组效率与进口设备相当，建议选用国产设备。

输水管道；水泵机组配置；方案比选

泵机组作为管道的主要组成部分，合理选择其配置方案是管道设计的重要内容。影响泵机组选择的因素很多，需要根据使用地区的自然条件、项目本身特点、经济效益和泵厂技术，经过充分调查研究和科学论证后，确定所需的泵机组配置。

1 管道概况及相关参数

某在建化工项目，需建设一条配套输水管线，将水资源经拟建的输水管道输送至化工基地厂区。

管线接收经净化后的黄河水，加压后外输至化工基地，线路全长198 km，设计输量3 100m3/h，管径DN914mm，管道沿线地势起伏较大，距首站96 km处有高点，高程约为1 510m，与首站的高差为510m，所需的泵总扬程为740m，采用首站加压一泵到底的密闭输送工艺。

2 水泵配置

（1）输水泵结构形式的选择。离心泵具有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、流量稳定、性能参数范围广、易于制造、运行可靠及便于维修等优点，该项目中输水泵采用卧式水平中开离心泵。

（2）输水泵台数的确定。根据工艺计算结果，输水泵所做的有用功约为6 250 kW·h，输水泵效率按82%考虑，所配电机的总功率约为8 760 kW。该项目输水工程按国产设备进行选取，泵运行台数不应少于3台，本方案设计输水泵按4用1备进行配置。

（3）输水泵运行方式的选择。离心泵机组的安装运行一般有串联运行和并联运行两种方式。本管道首站输水主要用于克服高差，同时当单台泵出现事故停泵时，不会对出站压力造成较大的变化，造成高点气化情况，按并联泵配置较为适当。

3 泵机组配置

3.1 泵机组配置方案

根据上述泵配置方案分析，按设置给水泵和不设置给水泵两种泵配置方案，提出以下四种输水系统泵机组组合方案，根据水泵厂家提供的资料进行比选。

（1）方案一：设置给水泵，管输水来自于水池，要求给水泵汽蚀余量不大于4m。

（2）方案二：不设给水泵，管输水来自于水池，要求水泵汽蚀余量不大于4m。

（3）方案三：设置给水泵，管输水来自于水罐，要求给水泵汽蚀余量不大于7m。

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（4）方案四：不设给水泵，管输水来自于水罐，要求外输泵汽蚀余量不大于7m。

3.2 泵机组配置方案情况分析

由上述水泵配置方案可知：当设置给水泵、管输水来自水池时，给水泵要求汽蚀余量不大于4m，在满足流量为1 550m3/h、扬程满足外输泵汽蚀的情况下，湖南天一、佳力科技和鲁尔泵厂家均提供了可行方案。各方案给水泵均为低转速泵（1 000转或1 500转），外输泵均为高转速泵（3 000转）。除湖南天一所配给水泵效率为79%外，其余厂家给水泵效率均不小于85%；各厂家所配外输泵效率均在82%以上。

当不设给水泵、管输水来自水池时，因外输泵要求汽蚀余量不大于4m，在满足流量为775m3/h、扬程为740m的情况下，各厂家均无法选出满足要求的泵。湖南天一和鲁尔提供方案的汽蚀余量分别为6.5、7.7m，若采用此方案则需提高水池高度或降低泵安装高度。湖南天一所提方案输水泵为低转速泵（1 500转），效率为79%；鲁尔泵厂家所提方案输水泵为高转速泵（3 000转），效率为82.4%。

当设置给水泵、管输水来自水罐时，给水泵要求汽蚀余量提高至不大于7 m，在满足流量为1 550m3/h、扬程满足外输泵汽蚀的情况下，各厂家均提供了可行方案（鲁尔泵虽没提供，但其方案一提供的配置方案可满足本方案的工况要求）。各方案给水泵均为低转速泵（1 000转或1 500转），外输泵均为高转速泵（3 000转）。除湖南天一所配给水泵效率为79%、佳力科技所配给水泵效率为85%外，其余厂家给水泵效率均达到了90%；各厂家所配外输泵效率均可达到82%以上（苏尔寿提供的方案一（外输泵4用1备）效率为80.8%，但方案二（外输泵3用1备）为84.3%）。

当不设给水泵、管输水来自水罐时，因外输泵要求汽蚀余量提高至不大于7 m，在满足流量为775m3/h、扬程为740m的情况下，仅湖南天一提供了可行方案，苏尔寿没有提供可行方案，其余厂家提供的方案也均不满足。山东双轮、佳力科技和鲁尔泵提供方案的汽蚀余量分别为7.5、9.5和7.7m，若采用此方案则需提高水罐的基础高度或降低泵的安装高度。山东双轮和湖南天一所提方案输水泵为低转速泵（1 500转），效率均为79%；佳力科技和鲁尔泵厂家所提方案输水泵为高转速泵（3 000转），效率达到了82%以上。

3.3 泵机组配置方案优选

方案一、方案三因对外输泵汽蚀要求不高，根据各厂家所提方案泵效，单位能耗相差不大（苏尔寿因提供方案扬程偏高，能耗偏大）；方案二、方案四因对外输泵汽蚀要求较高，除湖南天一外各厂家提供方案与要求均有偏差，在所提方案下，进口泵效率相对较高，能耗较低。

各厂家对方案一、三提供方案相近，因此两方案能耗相差不大；但方案三采用水罐储水，方案一采用水池储水，水罐所需费用高于水池费用，因此方案三建设费用高于方案一，方案三20年可比费用均高于方案一。

方案一与方案二、方案三与方案四相比，因方案一、方案三均设有给水泵，泵机组总费用（给水泵+外输泵）略高于方案二、方案四，但方案二、方案四为满足汽蚀要求，部分厂家提供的方案为低转速泵，外输泵机组费用要高于方案一、方案三的外输泵机组费用；但方案一、方案三外输泵效率均高于方案二、方案四，方案一、方案三运行能耗低于方案二、方案四；国产厂家的方案一、方案三的20年可比费用略低于方案二、方案四；鲁尔泵因设备费用偏高，其方案一、方案三的20年可比费用略高于方案二、方案四。

水池方案与水罐方案相比，水池费用较低，日常修护量少，但要根据地质条件考虑水池基础处理、抗浮措施、表面敷土、降水等，增加施工建设难度；水罐方案费用较高，日常修护量大，根据地质和环境条件考虑水罐基础处理、防腐、保温、伴热等，增加施工建设和日常维修难度。水罐方案对泵的汽蚀要求相对较低，水池方案对汽蚀要求较高，但在设置给水泵情况下2种方案均可满足生产要求。

综合考虑工程一次性投资、运行能耗、运营成本，以及运行的安全可靠性等因素，推荐采用方案一泵机组配置方案作为本工程输水系统动力方案，并确定采用建设储水池方案作为首站储水方案。考虑到国产设备技术已很成熟，费用相对进口设备低，泵机组效率与进口设备相当，建议选用国产设备。

3.4 确定泵机组配置方案

通过上述分析，该项目输水泵系统配置推荐采用设置给水泵+外输泵方案，给水泵汽蚀余量要求≤4m，取水方案采取水池取水。泵机组配置方案如下：给水泵按2用1备并联设置，流量为1600m3/h、扬程为40m、效率≥82%；外输泵按4用1备并联设置，流量775m3/h、扬程720m、效率η≥82%。

4 结论

输水管道泵机组的选择，所受影响因素较多，如选择不当会造成投资和能源的浪费。以某输水管道为例，在选型中结合工艺计算、总图布置、经济效益及水泵厂家的技术资料，设计了4种不同的水泵机组配置方案进行比选，来确定最优配置方案，使之达到既投资经济又节约能源、便于使用维护的目的，为泵机组优化配置提供了一个便于操作的模板。

（0516）83457152、13813456336@126.com

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.025

王群雁：2004毕业于中国石油大学（华东）油气储运专业，现在中国石化集团管道储运公司华东管道设计研究院工作。