离心泵节能潜力判定及措施优选

2016-12-16苏磊大庆油田有限责任公司储运销售分公司

石油石化节能 2016年6期

苏磊　（大庆油田有限责任公司储运销售分公司）

离心泵节能潜力判定及措施优选

苏磊（大庆油田有限责任公司储运销售分公司）

针对众多离心泵节能措施，根据实际生产情况，提出了离心泵节能措施优选原则，并举例说明了如何根据生产工况，对车削叶轮直径、变频调速、更换高效泵等节能措施潜力进行量化判定；如何根据量化结果优选最佳节能措施。指出在当前形势下，离心泵节能潜力判定方法对进一步精细生产运行、提升油田降本增效技术管理水平具有重要意义。

离心泵；节能潜力；量化计算；措施优选

离心泵属于流体机械，在油田原油储运、调配上应用十分广泛，是不可缺少的运行设备。储运销售公司每年消耗在这类泵上的电能占很大比例。因此，提高离心泵运行效率是企业降本增效重要举措之一。

1　离心泵节能潜力判定

离心泵节能主要是减少因离心泵与管路的相互调节和输送工况变化导致的无效能源消耗。判定离心泵是否具有节能潜力，需以理论计算值为依据，结合实际测量数据进行修正。

1.1车削叶轮直径

由车削定律可知，Q/Q′=（D/D′）；H/H′=（D/D′）2；N/N′=（D/D′）3。其中：H（H′）、Q（Q′）、N（N′）、D（D′）为车削前（后）离心泵扬程、流量、功率和直径。对低比转速ns＜60的多级泵，切割时一般只切割叶片而仍保留前后盖板；对高比转数离心泵，则应当把前后盖板切成不同的直径，使流动更加平衡[1]。

1.2减少叶轮级数

多级离心泵的总扬程为叶轮级数和单级叶轮扬程的乘积，总功率为叶轮级数和单级叶轮功率的乘积。当多级离心泵扬程过高时，可以适当减少叶轮级数，满足生产实际需要。计算方法与车削叶轮直径的方法相同。

1.3变频调速

由流体力学比例定律可知，水泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。因为三相交流异步电动机的转速与电动机的输入频率成正比，通过改变运行频率即可改变转速。按照生产要求的流量和扬程进行调节，即可实现节能。

1.4根据流量扬程变化更换高效泵

对于流量相对稳定的离心泵，合理选型可保证泵在高效点运行，流量可不留余量或少留余量；扬程若能精确给出也不必留余量。若流量变化幅度较大且频繁时，合理选型的重点是Q—H曲线和Q—η曲线在参数变化范围内是否平坦。

2　节能措施优选原则

对于输送介质流量、扬程变化固定的离心泵，根据切削定律，拟合工况变化后的泵性能曲线，对比调整后的泵效率。经过经济对比后，对于流量变化大的可采取车削叶轮直径；对于扬程变化大的可采取减少叶轮级数；对于流量和扬程变化都大的可采取更换离心泵的方式。更换的离心泵可根据变化后的参数，重新选择相适应的泵型，泵可以利旧或新建。

对于输送介质流量、扬程变化不固定的离心泵，根据一般变频调速范围（70%～90%），再按照介质流量、扬程变化范围选择相匹配的泵及配套变频控制系统。

3　节能措施选择及应用

例如2014年，A油库2台250D60×5输油泵（Q=450 m3/h、H=300 m、P=630 kW），由于工艺调整，计算泵需工况为：Q=420 m3/h，H=250 m；而实测泵工况为：Q=526 m/h，H=283 m，P=550 kW。按照节能措施优化原则，对该泵进行了减少叶轮级数、更换离心泵的节能措施量化计算对比。为验证根据生产应用总结出来的节能优选原则，增加了变频调速方案对比。

3.1减少叶轮级数

在250D60×5型输油泵的特性曲线图上作出减级后的泵特性曲线H′—Q′（图1）按照H′=H1+（H-H1）Q′2/Q2，计算得到工况条件下的管网特性关系式为H=250+23Q2/4352。由作出的曲线图可知，减级后工况点M′对应的Q′=385 m3/h、H′=265 m，减级前后的泵运行效率η=72%、η′=75%，对应计算工况点的运行效率为η′=76.4%，减级后泵的轴功率减少了一级，电动机负荷相应减少；但由于电动机运行效率的降低值与泵运行效率的提高值相比数值较小[2]，因而在作分析对比时，为提高效率，暂不考虑。由泵功率计算公式P=2.72HQ/η可知，减级后的全年节电量A=27.27×104kWh。

3.2更换离心泵

根据实际需求工况，选取KDY435-65×4型输油泵（Q=435 m3/h、H=260 m、P=450 kW），由泵功率计算公式可知，更换离心泵后全年节电量A= 41.38×104kWh。

3.3变频调速

根据比例律(Qc/QM)2=Hc/HM，再结合Hc=（HM/以及考虑变频调速不宜低于额定转速50%，最好处于75%～100%的因素，绘制曲线AB，求得泵需工况点Q=413 m3/h、H=260 m、ηc= 76%。变频后全年节电量A=24.17×104kWh。

图1　250D60×5型输油泵的特性曲线

3.4方案对比

表1　三种节能措施方案对比

由表1可以看出，更换离心泵后由于新泵效率高于原泵，节电效果优于减少叶轮级数和变频调速，年节电费用差分别为9.31万元、11.36万元（电费按0.66元/kWh计算）。按照节能有效回收期3年计算，更换离心泵的方案效益最好，所以选取了更换离心泵的节能措施。2014年实施后，2015年实现年节电39.33×104kWh，略少于预计节电量，分析是由于电动机效率及运行时率的原因。