浅谈煤矿在用主排水泵的检测方法改进和经济效益

王永军

(开滦集团冀东矿业安全检测检验有限公司，河北 唐山 063000)



浅谈煤矿在用主排水泵的检测方法改进和经济效益

王永军

(开滦集团冀东矿业安全检测检验有限公司，河北 唐山 063000)

本文介绍了煤矿在用主排水泵检测方法的改进，由采用超声波流量计法改进为微温差法检测排水泵的流量、管路效率、吨百米电耗等参数，使得检测数据更为准确可靠，以此作为节电措施的决策依据，获得良好的经济效益。

排水泵检测；方法改进；经济效益

前言

科学技术的进步很大程度上体现为工具和方法的进步。随着科学技术的进步，煤矿在用主排水泵检测方法也发生了较大的改进。

本文以某煤矿的-450泵房的检测情况，介绍改进前和改进后的检测方法，通过数据比较得到改后的微温差法更为准确可靠，据此建议矿方采取节电措施，所取得的经济效益情况。

某矿的-450水泵房安装6台水泵，3条管路，工作泵3台，备用泵2台，检修泵1台。水泵型号KND450-60*9，额定流量450m3/h，额定扬程540m，效率78%；配套电机型号JSQ1512-4，额定电压6000V，额定功率1050kW。

泵房布置示意图见图1。

图1 泵房布置示意图

1.改进前的检测方法介绍

对于煤矿在用主排水泵的检测检验，我们最先采用的是超声波流量计进行测量。具体做法是在煤矿井下排水泵的排水管路的上升区段，选取一段平直处，用锉刀将水管上的铁锈或油漆打磨掉，将耦合剂均匀涂到探头上，然后卡在管路上，连接探头和主机，进行测量；获得水泵的流速，结合电参数分析仪同时检测的相关数据，采用标准公式计算得出水泵各种参数。

以检测1号泵为例，获得数据后，计算过程如下：

泵的效率：ηb=pu/pa=525.2÷974.5=63.89%

其中：pu为泵的输出功率，pa为电动机的轴功率

管路效率：ηg=(Hx+Hp)/H=(3.1+455.3)÷540=83.34%

其中：Hx为吸水高度，实测3.1m，Hp为排水高度查资料得455.3m，H为计算扬程540m。

排水系统效率：ηx=ηd×ηg×ηb=90.11%×63.89%×83.34%=47.44%

其中：ηd为电机效率，ηg为管路效率，ηb为泵的效率。

排水吨水百米电耗：Wt·100=1/(3.67ηx)=1÷(3.67×47.44)=0.73kWh

根据标准AQ1012-2005《煤矿在用主排水系统安全检测检验规范》，排水吨水百米电耗Wt·100<0.5kWh为合格，判断此泵不合格，效率较低，应大修或更换。

2.改进后的检测方法介绍：

在使用超声波流量计法检测水泵的性能参数一段时间后，我们改进为采用微温差法检测水泵的性能。

微温差法检测水泵性能的原理是：由于排水泵在排水时，对水做功的过程中，必然存在摩擦等因素，造成一部分动能转化为热能，使泵的排水口水温高于进水口水温，形成一个温度差；尽管此温度差的数值很小，但是利用精密的温度检测仪器完全可以精确地检测，再通过一系列的经验公式进行计算，就能精确地检测排水泵的性能参数。

具体检测方法是，在排水泵的进水管路和出水管路上分别安装一个温度传感器的护套，用两个精密的温度传感器分别检测排水口水温和进水口水温，直接输入到检测仪，配合其他参数，检测仪用自身的软件运算后，自动给出水泵性能参数和曲线图，数据准确，使用简便，检测时间缩短，提高了检测效率。

用微温差法检测1号水泵，得到性能参数，并绘制出性能曲线如下：

泵的效率：ηb=70.21%；

管路效率：ηg=90.79%

排水系统效率：ηx=63.55%

排水吨水百米电耗：Wt·100=0.42kWh

根据标准AQ1012-2005《煤矿在用主排水系统安全检测检验规范》，排水吨水百米电耗Wt·100<0.5kWh为合格，判断此泵合格，效率较高，满足排水要求。

性能曲线图，见图2。

图2 用微温差法检测出的1号泵的曲线图

3.两种检测方法的置信度比较

由于容积法检测水泵公认为是最为准确的，经过即时采用容积法进行验证，证实采用微温差法检测水泵的数据更接近容积法，更准确可靠，置信度高。其中1号泵数据对比见表1。

表1 三种方法的检测数据对比表

4.建议采取的措施：

由于微温差法更为准确可靠，就为采取适当的节能措施提供了数据支撑，微温差法检测的数据，可作为基础数据应用于节能中。经过检测和细致的调查，结合该水泵房实际提出了节能措施，实施后取得了良好的经济效益。

4.1完善运行方式

钱家营矿-450水泵房安装6台水泵，原来3台工作泵24小时连续排水。矿井正常涌水量Qy=10.3m3/min，最大涌水量Qmin=13m3/min。

流量计法检测6台水泵的正常排水量分别为：

4.21m3/min、4.42m3/min、4.33m3/min、4.10m3/min、4.11m3/min、4.34m3/min，平均为4.25m3/min。

2台水泵排水量Q2p=2×4.25=8.5m3/min

3台水泵排水量Q3p=3×4.25=12.75m3/min

Q2p

用微温差法检测6台水泵的正常排水量分别为：5.84m3/min、6.10m3/min、5.88m3/min、5.67m3/min、5.77m3/min、5.96m3/min，平均为5.87m3/min。

2台水泵排水量Q2p=2×5.87=11.74m3/min，

Qy

上述数据显示，根据流量计法检测的数据判断需用3台水泵连续运行，根据微温差法则需用2台水泵连续运行。由于微温差法具有更高的置信度，数据更准确，故建议改变原来运行3台水泵连续排水，为运行2台水泵24小时连续排水，水量大时增加1台断续排水。

4.2安装变频器

该泵房运行2台水泵时，检测数据显示，水泵排水量大于正常涌水量，仍然存在水泵不能满负荷运行，必须调节阀门进行节流排水，此时电机为全速，存在节流损耗。建议矿方安装变频器来调节排水量，可以节约大量电能。

水泵轴功率P与转速n的关系：

P1/P2=(n1/n2)3

(1)

由公式(1)可知，应用变频器调节流量，变频器将转速降低后，电机的能耗将以速度的3次方降低，可见变频器的节能效果非常显著。

4.3安装就地电容补偿装置

水泵的电机为感性负载，当水泵轻载时功率因数较低，能耗大，安装就地补偿器，可以减少线路的电流，减少线路损耗。

节约的电能可用下式计算：

P=3I2R

(2)

其中，I为由于安装就地补偿装置减少的电流，R为水泵电机距变压器出口线路的直流电阻。

5.获得经济效益情况

5.1完善排水方式获得的节能效益

根据微温差法检测的数据，该泵房使用2台水泵24小时连续排水，就能完成排水任务，涌水量大时增加1台间断排水，达到节电的效果。增加的间断排水泵处于停止状态达到6个月，其他时间段每天运行15小时，停止9小时。

检测获得6台水泵的工作点的输入功率，平均值是611kW，电价按0.5元/kWh，那么由此，此台水泵每年节能效益是：

611×(6×30×24+6×30×9)×0.5=18.1万元

5.2.安装变频器获得的节能效益

根据GB12497-2006《三相异步电动机经济运行》，水泵的变频调速节能量用如下公式：

(3)

其中，Q为水泵的实际流量，QN为水泵的额定流量，Pe为额定流量时电机的输入功率。

水泵房提供的数据，水泵昼夜运行流量由100%降到70%约占3小时。70%流量时，变频调速节能P70%=0.55×946×(1-0.72)=265.35kW。

1台水泵每年节能：0.5×265.35×3×365=14.52万元

5.3安装就地补偿器节能效益

经测试水泵工作点有功负荷为946kW，原来功率因数cosφ1=0.78，补偿后功率因数cosφ2=0.92，则加装电容器的容量为：

=350.1kvar

选用型号规格为GWB-Z型，标准容量为350kvar的高压无功自动补偿装置。

补偿后视在功率减小为：

Sj=P/(cosφ2-cosφ1)=946÷(0.78-0.92)=188.56kvar，

电缆截面积，35mm2，距配电室8000米。

线缆直流电阻：R=0.0175×8000÷35=4.0Ω

减少线路损耗功率：

P=3I2R=3×(18.1)2×4.0=3.9kW

1台水泵年节电：0.5×365×24×3.9=1.7万元

5.4 减少人力物力等节约的费用

用超声波流量计法检测，需要处理管路上的锈蚀或油漆；为测量水垢厚度，在管子上用电钻打孔，测量以后必须焊接封闭；需要流量计等3个区域的检测人员同时检测，造成每个工作日只能检测2台水泵，甚至1台水泵。用微温差法检测，温度保护套安装后可长期使用，每个工作日能够检测3-4台水泵，大幅度地提高了检测效率，节约了出车次数。

根据我公司综合办公室提供的统计，改前排水检测组年用车约为230台次，改进后排水检测组年用车约为140台次，据司机提供的燃油情况是每次约为19升汽油。油价按5.5元/升，故每年节约费用为：

5.5×19×(230-140)=0.94万元

[1]国家安全生产监督管理局.AQ1012-2005煤矿在用主排水系统安全检测检验规范.北京：煤炭工业出版社，2005年6月

[2]国家安全生产监督管理局.煤矿安全规程.北京：煤炭工业出版社，2015年12月

[3]国家质量监督检验检疫总局.GB12497-2006三相异步电动机经济运行.北京：中国标准出版社，2006年1月

[4]汤跃，金立江.泵试验理论与方法.第1版.北京：兵器工业出版社，2005年2月

[5]郑梦海.泵测试实用技术.第2版.北京：机械工业出版社，2011年10月

Discussion on the Improvement of the Detection Method of the Main Drainage Pump in Coal Mine and the Economic Benefit Obtained by the Method

WANG Yong-jun

(Kailuan Group Jidong Mining Safety Inspection Co., Ltd, Tangshan 063000, China)

This paper introduces the coal mine in the improvement of main drainage pump detection method, by using the method of ultrasonic flow meter improvement to use lukewarm difference method was used to detect the drainage pump flow, pipeline efficiency, tons of 100 meters power consumption and other parameters, which makes the test data more accurate and reliable, is taken as power saving measures in accordance with the decision to obtain a good economic benefit.

pump detection; method improvement; economic benefit

2016-03-05

王永军(1968- )，男，大学，开滦集团公司唐山冀东矿业安全检测检验有限公司工程师，从事大型矿山设备检测检验。

TD442.2

A

1671-3974(2016)03-0073-03