采暖补水泵运行性能优化

王 琼，杨晓龙，张文继，刘小勇，杨晓红，王善成

（1.中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500；2.中国石油长庆油田分公司安全环保监督部第六监督站，陕西靖边 718500；3.中国石油川庆钻探长庆钻井总公司第三项目部，陕西靖边 718500）

热交换机组是采气一厂南区采暖系统的核心设备，该设备安装在第三净化厂锅炉单元的给水泵房，其主要作用是通过采暖回水与蒸汽换热，使采暖水温度上升，达到系统需求温度，并向第三净化厂厂区、南区倒班点、第四采油厂化子坪作业区提供采暖水。该热交换机组是由板式换热器（型号为QSR-24、换热面积为24 m2、设计温度为164 ℃）、采暖补水泵、管道循环泵、压力变送器、电器仪表、阀门及电气控制系统组成，其示意图（见图1）。采暖补水泵作为热交换机组的重要组成部分，其主要作用是向采暖系统补充损耗水量。

在热交换机组长期运行中，曾经出现过系统压力波动大、管线漏失、系统缺水等问题。为保证该系统平稳运行，需启动采暖补水泵向系统间断供水，及时补充损耗水量。而目前的采暖补水泵在现有的工艺工况下运行富余能头较大，出现运行电流超过额定电流、电机运行温度超高、泵启动次数频繁等问题，导致该泵无法投入正常运行。

1 存在问题

1.1 采暖补水泵频繁启动

图1 热交换机组示意图

采暖补水泵向系统每补一次水所用时间为2～3 分钟，补水间隔时间为1～2 分钟，有时在1 分钟之内就会出现启停，严重影响采暖补水泵的使用寿命。

1.2 采暖补水泵运行时电流超过额定电流

采暖补水泵在运行中测得电流为12～13 A，超出了该泵额定电流（11.6 A），导致电机运行温度偏高，若长时间运转会烧毁电机。

2 原因分析及解决方案

针对采暖补水泵目前出现的问题，结合现场实际情况，分析出现问题的原因，并提出相应的解决方案。

2.1 原因分析

2.1.1 系统存在漏点，采暖补水泵频繁启动补水 采暖系统于2003 年建成投产运行至今，由于部分采暖水管线属于地埋管线，部分管线腐蚀严重，有的管线甚至出现了穿孔现状，这不但降低了管线的承压能力，而且还增加了采暖系统的介质损耗。采暖系统的最高压力设定为0.4 MPa，最低压力设定为0.12 MPa，当采暖系统压力低于0.12 MPa 时，采暖补水泵启动向系统补水，直至将采暖系统压力升到0.4 MPa 时，采暖补水泵才停止补水。由于系统管线腐蚀严重、漏点多，在正常运行时系统压力下降相应较快，造成采暖补水泵频繁启动补水，严重影响采暖系统运行安全。

2.1.2 采暖补水泵设计参数与目前工况不符，造成该泵运行电流超过额定电流 采暖补水泵额定流量为5.9 m3/h，扬程为70 m，功率为5.5 kW，电流为11.6 A。根据系统运行状况分析，确认采暖系统压力为0.4 MPa左右就能满足下游采暖需求，可见该泵扬程与现有系统所需扬程相差较大。因泵的扬程是用来克服系统阻力的，当泵的扬程远远大于系统所需克服的阻力时，那么该泵每小时的输出流量也大于系统每小时所损耗的水量，这样就出现部分水量在泵体内多次循环，增加电机负荷，造成采暖补水泵运行电流超额定电流、电机温度超正常温度的结果。

2.2 解决方案

（1）更换腐蚀严重的采暖水管线，延长采暖补水泵启动频次，确保采暖系统安全平稳运行。

（2）三种方案解决采暖补水泵运行中超电流问题：一是换泵，换一台与系统需求相适应的采暖补水泵；二是在采暖补水泵出口安装变频器；三是对采暖补水泵的叶轮进行切削，使泵的运行参数满足采暖系统需求。前两种方案都会增加第三净化厂的设备购置成本，只有第三种方案既经济又能解决实际问题，经讨论后决定采取第三种方案来解决采暖补水泵频繁启动和超电流问题。

3 实施及效果评价

3.1 方案实施

对采暖补水泵的叶轮进行切削的关键是确定切削量，第三净化厂采用了假定扬程的方法来确定该泵的切削量。

在实际运行中，第三净化厂的采暖补水泵启停控制是采用压力变化来控制的。该系统安装的压力开关有两个状态，即开和闭，是通过与采暖补水泵的信号连锁来实现控制泵的启停。当系统压力在0.12 MPa 时，触点闭合，采暖补水泵启动开始向系统补水；当系统压力升至0.4 MPa 时，触点断开，采暖补水泵停止向系统补水。又因该系统的板式换热器工作压力为0.6 MPa，即可以确定采暖补水泵切削后的压力只要在0.4～0.6 MPa 即可以满足运行要求。

假定泵切削后的理论扬程为60 m、50 m、40 m。根据切削定律[1]H1/H2=（D1/D2）2，其中D2=240 mm，H1=60 m（50 m、40 m），H2=70 m，得出D1=222（202、181）mm，式中：H1为切削后的理论扬程，H2为切削前的理论扬程，D1为泵切削后的叶轮直径，D2为泵切削前的叶轮直径。根据公式计算出切削后的叶轮直径为181～222 mm 就可以满足下游采暖需求。

3.2 方案验证

3.2.1 用流量验证 为了确保采暖补水泵叶轮切削后的流量能够满足系统需求，根据切削定律对采暖补水泵切削后的流量进行验证，即Q1/Q2=（D1/D2）2，其中Q2=5.9 m3/h，D1=222（202、181）mm，D2=240 mm，得出Q1=5.04（4.18、3.35）m3/h。式中：Q1为切削后的理论流量，Q2为切削前的理论流量，D1为泵切削后的叶轮直径，D2为泵切削前的叶轮直径，得出采暖补水泵切削后的流量为5.04（4.18、3.35）m3/h。采暖补水泵每小时输出流量的大小决定了向系统补水时间的长与短，流量小补水时间长，流量大补水时间短，根据计算结果可以看出采暖补水泵向系统补水的时间得到了延长，解决了原补水时间短问题，故叶轮切削为181～222 mm 能满足系统流量需求。

3.2.2 用功率验证 为了确保采暖补水泵叶轮切削后的输出功率得到充分利用，并且使电机输出电流在正常范围之内，解决采暖补水泵的超电流和电机发热问题。根据切削定律公式对采暖补水泵切削后的功率进行验证，即P1/P2=（D1/D2）2，其中P2=5.5 kW，D1= 222（202、181）mm，D2=240 mm，得出P1=4.7（3.9、3.13）kW。式中：P1为切削后的理论功率，P2为切削前的理论功率，D1为泵切削后的叶轮直径，D2为泵切削前的叶轮直径。得出采暖补水泵切削后的理论功率为4.7（3.9、3.13）kW，比切削前功率（5.5 kW）有所降低，电机功率降低，说明其负荷降低，电机输出电流下降。

在三相电路中，电流I=功率P/（1.732×U×功率因数），式中功率P 为4.7（3.9、3.13）kW，U 为380 V，功率因数一般为0.7～0.85，所求得叶轮切削后的采暖补水泵电流为8.4～10.2 A（6.97～8.46 A、6.79～5.59 A），数据证明叶轮切削后的采暖补水泵电流同额定电流（11.6 A）相比有所降低，解决了采暖补水泵的超电流和电机发热问题，保证了电机的安全运行。故叶轮切削为181～222 mm 能满足该电机安全运行。

3.3 效果评价

根据上述方案验证后，2011 年11 月下旬，第三净化厂将采暖补水泵叶轮进行了切削，切削后的最终值为220 mm，比原来的叶轮直径（240 mm）少20 mm，切削率为（20/240）×100 %=8.33 %。

3.3.1 安装后运行情况 根据下游用水用汽情况，安装后的采暖补水泵每15 分钟左右向系统补水一次，每次运行4～5 分钟，运行压力在设定范围（0.12～0.4 MPa）之内，测得电机运行温度在32°左右，泵体运行温度在25 ℃左右，电机输出电流为8～10 A，泵体振动值为3.5 mm/s 左右，运转声音正常。

表1 采暖补水泵叶轮切削前后的运行数据对比

3.3.2 采暖补水泵叶轮切削前后的运行数据对比 根据切削定律公式，对叶轮切削为220 mm 的采暖补水泵运行参数进行计算，现将计算结果同叶轮切削前的运行数据进行对比（见表1）。

由表1 可以看出：（1）采暖补水泵叶轮切削前的运行电流为12～13 A，同额定电流（11.6 A）相比，运行电流超出了额定电流，致使运行中电机超温，采暖补水泵无法投入正常运行；而叶轮切削后的采暖补水泵运行电流为8～10 A，可以看出运行电流是低于额定电流的，解决了采暖补水泵超电流问题。（2）叶轮切削后的采暖补水泵流量、扬程、功率均出现一定的下降。事实证明叶轮切削后为220 mm 的采暖补水泵符合现场工艺工况，满足现场工艺系统要求。

4 小结

通过对采暖补水泵存在问题的原因分析，提出了对泵叶轮进行切削的方案，在不影响原工艺操作的基础上，采用了假定扬程计算切削量方法，计算出切削后的叶轮直径由原来的240 mm 变为220 mm，经验证叶轮切削后的采暖补水泵运行性能得到优化，泵的流量、扬程和功率均降低，电流也由以前12～13 A 降至8～10 A，低于额定电流11.6 A，确保了电机的正常运行。对采暖补水泵进行了经济效益评价，该泵叶轮经切削后全年可节约设备购置费3 000 元左右，节省电费843.7 元，即节约了第三净化厂的动力费用，又降低了第三净化厂的总消耗值。

［1］ 姜德华.用叶轮切削的方法降低离心泵的扬程［J］.科技创新导报，2011，（23）：63.