石油化工离心泵效率水平的数据分析

□霍瑞康 □潘再兵

1.上海理工大学环境与建筑学院上海200093

2.上海凯士比泵有限公司上海200245

石油化工离心泵效率水平的数据分析

□霍瑞康1□潘再兵2

1.上海理工大学环境与建筑学院上海200093

2.上海凯士比泵有限公司上海200245

对石油化工行业离心泵效率水平进行统计调查，在收集大量数据的基础上将厂家效率指标的自测值与产品样本数据及国家标准规定值进行比较，指出了离心泵效率自测数据普遍低于产品样本数据，更低于国家相关标准数据。同时介绍了第三方质检机构得出的国内泵行业部分重点厂家石油化工离心泵效率水平。全国泵标准化技术委员会提出了石油化工离心泵的能效等级标准，并得到批准通过。新的能效等级标准将推动整个泵行业向高效节能方向发展。

离心泵；效率；分析；标准

泵产品是一类非常重要的机电产品，可输送流体或增加流体能量，广泛应用于石油、化工、电力、建筑、环保、舰船、航空航天等国民经济各个领域。根据中国通用机械工业协会泵业分会2012年《中国泵行业能效发展报告》，目前全国发电量20%～25%用于各种水泵驱动。据不完全统计，目前国内泵的保有量为2 000万～3 000万台。随着科学技术的发展，泵的应用领域在迅速扩大。国外泵产品的发展日新月异，高能效、低振级、低噪声等特殊泵产品不断投放市场。

离心泵具有性能优良、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等优点，因此在石油化工生产行业中应用广泛。据中国泵阀交易网统计，在石油、化工装置中，离心泵的使用量占泵总量的70%～80%。石油化工离心泵是耗能较大的设备，其中，配套电机是主要影响因素。资料显示，石化相关企业中，泵配套电机的能耗一般占企业用电总量的50%左右。因此，如何研发高效节能的石油化工离心泵，提高泵的效率水平，已成为当前泵行业的重要目标。图1所示为德国凯士比公司采用API610标准设计的某规格石油化工离心泵产品。

图1 某规格石油化工离心泵产品

为了掌握石油化工离心泵的能效现状，笔者对石油化工离心泵进行了行业调查，收集相关数据进行整理分析，并与国家能效标准进行对比。

1 数据来源及分析方法

随着互联网的快速发展，在互联网上发布、传递和共享信息产生了大量的数据。同时，传感器和物联网在交通、环境等方面的大规模使用也使数据量呈现爆发式增长。通过实施企业信息化，大量的管理数据也积累在企业管理信息系统中[1]。这些在有限时间内用传统数据处理方法无法处理完的数据，通常被称为大数据。虽然对大数据分析要比对传统数据分析困难，但大数据蕴含巨大价值。针对大数据可以有效挖掘出传统数据分析无法得到的价值。新一代信息技术与经济社会各领域的深度融合,引发了数据量的爆发式增长，使得数据资源成为国家重要的战略资源和核心创新要素[2]。

数据分析指用适当的统计分析方法，对收集的大量数据进行分析，提取有用信息，并对数据加以详细研究和概括总结。这一过程是质量管理体系的支持过程。如果重视数据，并重视基于数据的分析，我国制造业将会有更多的契机[3]。数据分析被广泛应用于建筑环境、交通运输、设备制造、金融贸易、商业服务等领域[4-5]，同样，泵行业的数据分析也相当重要，可以客观、准确地了解行业真实现状，并能发现潜在的科研价值及商业价值。泵制造厂、终端客户、科研院所及高校如果能形成统一共享的数据平台，将极大地推动整个行业的发展。

为了准确掌握国内石油化工离心泵的实际效率水平，在泵行业内广泛收集石油化工离心泵的效率数据，同时对效率指标进行合理定位。

数据来源有两个方面，分别为国内主要泵业制造公司的产品样本数据与产品自测数据，以及国家工业泵质量监督检验中心等国内相关质检机构的检测数据。本次数据收集真实可靠，采集到国内泵行业一千多份原始检测数据。

关于石油化工离心泵的评判标准，高效节能是效率水平的主要特征，也即泵的效率指标。泵的效率高低是衡量泵节能水平的最重要依据。

数据挖掘及分类受到极大关注的原因主要是存在大量数据可以被广泛使用，并且迫切需要将这些数据转换为有用的信息和知识。数据的内容分别按流量Q、比转速ns及效率η等进行统计，统计的重点是实测的最高效率与产品样本最高效率的差值Δη。

准确分析石油化工离心泵效率水平的差异，必须有正确的分析方法。描述统计分析是将研究中所得的数据加以整理、归类、简化或绘制为图表，描述和归纳数据特征及变量之间关系的一种最基本统计方法。数据取得时可能杂乱无章，通过绘图、制表和方程拟合计算特征量等手段可以探索和揭示隐含在数据中的规律性。将产品的实际测量数据指标与国家标准规定值进行比较分析，找出差异。国家标准参考GB/T3216—2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》[6]、GB/T 13007—2011《离心泵效率》[7]、GB 32284—2015《石油化工离心泵能效限定值及能效等级》[8]三个标准。根据差异大小，可以对石油化工离心泵的效率水平进行分析判断。

2 自测效率与产品样本对比分析

在国内泵行业部分重点厂家提供的473份试验数据中，去除测试工况点偏移最佳工况或测试不完整的数据，共筛选出有效数据417份。通过417份试验数据的最高效率与产品样本的最高效率对比，发现自测数据普遍比样本低，平均低4%。去除10个最大值和10个最小值，平均低3.75%。图2～图4为石油化工离心泵自测数据与样本数据最高效率对比差值数据分析图，图中蓝色曲线为数据点的均值趋势线。

图2 自测数据与产品样本数据效率差值流量分布图

图3 自测数据与产品样本数据效率差值比转速分布图

图4 自测数据与产品样本数据效率差值分布图

通过417份试验数据的最高效率与产品样本对比，发现差值为负值有340份，为正值有72份，相同有5份，自测效率≥样本效率的比例为22.6%。效率差值在±5%以内的占64.5%，效率差值在±10%以内的占89.7%，效率差值在±15%以内的占97.1%。上述统计中石油化工离心泵产品的自测最高效率与产品样本相比，还有较大差距。

假定企业产品样本的效率指标符合GB/T 13007—2011，按GB/T 3216—2005检测允许偏差下限评定，多数产品仍然属于传统的合格品。合格率分布的范围较大，主要分布在流量200～600 m3/h，或比转速＜100的情况下。验收试验1级泵效率容差因数为±3%，合格率为46%，验收试验2级泵效率容差因数为±5%，合格率为64.5%。

经统计分析发现，国内泵行业部分重点厂家自测效率数据普遍低于产品样本中的效率数据。通过调查分析，主要原因有两个方面。第一方面是企业过度注重包装宣传，通过人为拔高样本数据超过竞争对手，以给用户留下良好印象，提高企业自身的知名度和扩大销售额。第二方面是企业样本数据来自做工精细的试制样机，效率高一些是正常情况，但大批量生产则达不到样机的效率指标。

目前在我国泵行业中，国内样本数据普遍存在着与实测数据不一致的现象[9]，在很多泵产品分析报告中也得到了证实。每一个市场主体都应遵守诚实信用、公平竞争的原则，为了保证科学公正，数据分析来源最终采用国内第三方相关权威质检机构，如国家工业泵质量监督检验中心、江苏省泵阀产品质量监督检验中心等。

3 第三方实测效率与国家标准对比分析

GB/T 13007—2011对石油化工离心泵的最高效率工况点效率进行了规定，不得低于如图5所示曲线A，对泵的容许工作范围内最低效率进行了规定，不得低于如图5所示曲线B。效率规定值对应不同的流量，流量大则效率规定值高，流量小则效率规定值低，且在比转速＜120或＞210时做适当修正。通过第三方检测效率与国家标准进行对比，可以判断产品的合格率。

图5 比转速120～210石油化工离心泵效率

国内第三方相关质检机构提供了经筛选后的689份有效数据，其中差值为负值有411份，为正值有278份，检测最高效率≥国家标准规定效率的比例为40.3%，这便是现有产品与国家标准的对比结果。图6～图8为石油化工离心泵第三方检测数据与国家标准最高效率对比差值数据分析图。

图6 第三方检测数据与国家标准效率差值流量分布图

图7 第三方检测数据与国家标准效率差值比转速分布图

离心泵效率差值在±5%以内的占68.3%，效率差值在±10%以内的占84.9%，效率差值在±15%以内的占93.0%。国内泵行业部分重点厂家生产的石油化工泵产品最高效率，与国家标准相比还有较大差距。在流量＜200 m3/h或比转速＜60的情况下，有20多个数据的效率高于标准规定的曲线A20%以上，均来自叶轮、泵体采用冲压焊接工艺的小型离心泵。相对于传统的铸造工艺而言，冲压焊接尺寸精度及表面粗糙度得到了极大提高，因而效率有大幅度提高，明显高于国家标准。但另一方面，叶轮、泵体均为薄壁件冲压焊接，石油化工行业输送的流体介质比较复杂，泵体耐腐蚀性、耐磨损性及使用寿命还有待于考证。

图8 第三方检测数据与国家标准效率差值分布图

国内石油化工离心泵效率合格率为40.3%，泵的最高效率总体平均水平与国家标准相比低0.6个百分点，没有达到国家标准要求。但按GB/T3216—2005检测允许偏差下限评定，多数产品仍然属于传统的合格品，合格率分布范围较大，主要分布在流量＜100 m3/h或比转速＜50的情况下。验收试验1级泵效率容差因数为±3%，合格率为37.2%，验收试验2级泵效率容差因数为±5%，合格率为58.3%。与前述厂家自测数据与产品样本数据对比合格率相比，分别降低8.8和6.2个百分点，说明国家标准对效率的要求更严更高。

由上述数据分析结果可以看出，国内石油化工离心泵的效率水平并不理想，泵的最高效率没有达到国家标准规定的要求，大多数产品之所以合格，都是由于执行了国家标准规定允许偏差下限。如果按标准要求的中间值进行判定，大多数产品将被判定为不合格。设计院或用户在产品选型时，针对不同厂家提供的样本数据，要适当留有5%～20%的裕量，以弥补实际不足。

效率合格率分布值在低比转速的范围内相对高一些，主要集中在比转速为15～50范围内。从理论上分析，低比转速离心泵的内部流动状态较复杂，设计的难度相对较大。正是由于这个原因，许多国内科研工作者对此进行了大量科研工作，形成了许多科研

成果，而高比转速离心泵的科研投入则相对少一些[10]。

4 新国家节能标准

国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准的GB 32284—2015标准已在2015年12月10日正式发布，于2017年1月1日正式执行。

据了解，新标准实施后，石油化工行业使用的离心泵将更加规范，一些无证无牌低能效的企业将遭遇毁灭性打击。新国标的执行意味着效率特别低且不节能的产品将禁止进入市场。效率符合要求的产品，按照其最高效率的高低，分为能效1级、能效2级和能效3级。能效1级预计占全部产品的10%左右，国家将出台优惠政策给予支持鼓励。达不到能效3级的产品将淘汰出局，禁止进入市场销售，预计占目前全部产品的10%左右。可见，新标准的实施将推动整个泵行业向高效节能方向发展。

5 结论

在产品的整个生命周期内，包括从市场调研到售后服务和最终处置的全过程，都需要适当运用数据分析方法，以提升产品的有效性，判定市场动向，制定合理的生产及销售计划。

经统计分析发现，国内泵行业部分重点厂家的产品自测数据普遍低于样本数据，而正确的数据分析则应采用第三方质检机构的检测数据。对照相关国家标准，通过数据分析可以看出，国内石油化工离心泵的效率水平并不理想，泵的最高效率大多没有达到国家标准规定的要求。

需要指出的是，本文数据来自国内主要重点厂家精挑细选的产品，实际市场上离心泵产品的平均效率水平与之相比还要低。国家新标准的批准通过与实施，将有力地推动整个泵行业向高效节能方向发展。

[1]马智亮，刘世龙，刘喆.大数据技术及其在土木工程中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2015，7（5）：45-49.

[2]陈伟.把大数据产业的巨大潜能挖出来——解读《促进大数据发展行动纲要》[J].中国经贸导刊，2015（28）：52-53.

[3]李杰.工业4.0时代：中国的机会在于数据和数据分析[J].世界科学，2014（6）：13-14.

[4]顾明，匡军，全涌，等.上海环球金融中心大楼顶部风速实测数据分析[J].振动与冲击，2009，28（12）：114-118.

[5]严晖.环境监测数据处理与分析[J].上海电气技术，2012，5（4）：59-62.

[6]回转动力泵水力性能验收试验1级和2级：GB/T 3216—2005[S].

[7]离心泵效率：GB/T13007—2011[S].

[8]石油化工离心泵能效限定值及能效等级：GB 32284—2015[S].

[9]曹胜玉，王笑奕.国内外双吸离心泵技术水平对比分析[J].农业装备与车辆工程，2012，50（5）：22-25.

[10]牟介刚.矿用多级泵的技术水平对比分析[J].通用机械，2013（6）：28-31.

（编辑：启德）

上海电气与浙江大学成立风电研发中心

日前，上海电气风电集团与浙江大学在浙大玉泉校区举行合作协议签约仪式，联合成立风电研发中心。

上海电气和浙江大学具有非常悠久的合作渊源，可追溯至20世纪50年代。本次合作的特别意义在于上海电气风电集团通过市场机制运作选择了浙江大学，为双方合作带来了新气象。

上海电气与浙江大学合作成立的风电研发中心，其组织架构和运作机制充分借鉴了国际标杆设菲尔德—西门子风电研发中心的模式，利用现有体制资源的同时，进行了一定创新，为科研活动提供了充分的灵活性。上海电气和浙江大学双方希望风电研发中心将学术研究需求和企业市场需求相结合，走出一条风电技术创新发展之路。

According to statistical investigation on the efficiency level of centrifugal pumps in petrochemical industry and on the basis of a huge data collection,compared the self-test value of the factory efficiency indexwith the catalogue data and the value specified in the national standard and pointed out that the self-test efficiencydata ofthe centrifugal pump was generallylower than the catalogue data,and was even lower than the national standard data.At the same time gave an introduction on the efficiency level of petrochemical centrifugal pump from some key manufacturers in domestic pump industry.The rating standard for energy efficiency of petrochemical centrifugal pump established by the National TCST for Pumps has been approved.The new rating standard for energy efficiency will urge the pump industry to be developed in the orientation of high efficiency and energy conservation.

CentrifugalPump；Efficiency；Analyses；Standard

TH311

A

1672-0555（2017）01-047-05

2016年7月

霍瑞康（1995—），男，本科在读