大型离心式水泵节能改造后稳定性分析

林 凯

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

大型离心式水泵节能改造后稳定性分析

林 凯

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

现在国内很多石油化工企业，在建厂初期重心在稳定性上，所以很多系统存在很大的余量，例如工艺系统、水系统、蒸汽系统。国内近些年兴起很多节能改造公司，主要针对各个系统富余的能量进行回收利用，或者对系统进行改造，减少富余能量，那么随之而来问题是，改造后对整个系统的稳定影响的大小，以及改造部分设备、工段之间的匹配性好坏，若改造后系统不稳定，必然功亏一篑。

水泵；叶轮；振动；噪音

现在很多石油化工企业的循环水系统，富余能量很大，对循环水系统进行节能改造，首先对整改循环水系统管网进行系统调节，回收各个换热单元多余的能量，其次对循环水泵进行节能改造，可对循环水泵的进行整体改造，水泵、电机全部进行更换，通过对水泵效率分析，结合系统所需水量，利用三元流分析设计新水泵叶轮和蜗壳，电机通过与水泵匹配更换为变频电机。

1 案例简介

中海油公司黑龙江化肥生产基地，始建于2010年9月，2015年5月9日正式投产，产品为大颗粒尿素，主要的生产工艺为气化工段GE水煤浆技术，合成工段丹麦托普索工艺，尿素工段为2000+技术。辅助系统包括循环水体统，高中低三级管网蒸汽系统。投产后为节约成本、促进效益，该公司开展一系列节能减排工作，其中包括循环水系统整体优化项目。

该公司循环水系统共6台循环水泵，泵厂家为上海连成水泵厂，其额定流量均为10 000m3/h，配套2 000kW电机6台。系统有钢筋混凝土结构逆流式冷却塔10间，冷却塔设计冷却能力达45 000m3/h。

表1 机泵单元基本配置

水泵性能曲线如图1，冷却塔基本配置见表2，机房管道布置结构参数见表3：

表2 冷却塔基本配置

表3 机房管道布置结构参数

图1 循环水泵性能曲线

系统运行示意简图如图2所示：

图2 系统运行示意简

机泵运行检测结果（见表4）

表4 机泵运行检测数据

系统参数运行情况（见图3）

图3 系统参数运行情况

水泵实际运行效率（见表5）。

水泵实际运行扬程为：运行扬程=出口压力/0.009 8+（压力表标高-吸入口液面标高）+1。根据检测数据，查取水泵性能曲线得到效率如下：

表5 泵运行效率参数（性能曲线读取）

鉴于循环水系统存在很大富裕能量，遂决定对循环水系统进行整体优化，降低循环水系统的能耗（主要是电量消耗）。

1.1 循环水系统整体改造内容

更换水泵高效叶轮共计6台（见表6）。

根据系统运行压力与实际所需流量，利用第三方公司开发专有技术“基于三维CAD-CFD联合的叶片泵整体优化技术”，设计并加工制造高性能循环水泵叶轮，以满足系统实际运行的需要。

表6 水泵叶轮设计参数

1.2 叶轮定制具体流程

（1）蜗壳流道高精度测绘

对需要优化的泵壳、叶轮进行三维测绘，达到后续蜗壳和叶轮匹配的目的。

（2）三维建模（模型设计）

结合现场测量的数据设计叶轮，利用ICEM实现非结构网格划分，采用CFD模拟对水泵运行性能进行预估。

（3）模型制造

根据数值分析结果，挑选出几种模拟效率较高的翼型进行模型加工。在加工制造过程中，使用高精度数控机床，这种机床科技含量高、精密度高，专门用于加工复杂曲面，常用于航空、航天、军事、科研、精密器械领域。

（4）实验及修正

实验主要对水泵的性能进行测试，主要包括能量、压力脉动、效率和空化实验，采集进出口压力、测点压力脉动和扬程等数据并进行分析，根据实验结果，对泵的性能做出评估，并对水泵叶轮参数进行调整，重新经过优化，利用高精度机床加工出模型转轮，然后对泵模型再次进行实验，分析实验结果，直到模型实验的结果达到了要求为止。

（5）成品加工

根据实验确定的最终模型，利用成熟工业技术将其加工成品。

2 改造后循环水泵具体运行情况

为节约改造费用，只对6台循环水泵的叶轮进行了重新设计，泵壳与管路系统均采用原旧设备，改造后叶轮与旧泵壳进行安装运行，具体运行情况如下表7，表8，表9，表10，表11：

2.1 力学性能

表7 主要参数记录表

2.2 工艺性能

表8 投用前检测表格

表9 投用后检测表格

2.3 系统压力

表10 新叶轮投用前后系统压力变化

2.4 总瞬时有用功

表11 新叶轮投用前后节能效果

3 水泵改造后存在问题

通过对改造循环水泵的系统压力、工艺性能、力学性能、功率进行统计分析，均在设计指标范围内，但唯一存在的问题是泵更换叶轮后噪音偏高。

4 原因分析

在水泵运行过程中对水泵泵体、驱动端轴承、非驱动端轴承数据测量结果如下：

表12 水泵运行过程中数据测量结果表

通过数据可以看出水泵更换叶轮后，水泵泵体、水泵驱动端轴承、水泵非驱动端轴承振动明显增大，对水泵产生振动增大，噪音变大的原因进行分析，主要有以下几种原因：

1）安装不数据不符合安装标准要求；

2）工艺原因，改造后水泵效率增加，原系统工况与改造后水泵不匹配，发生汽蚀状况；

3）改造后水泵叶轮与原水泵蜗壳不匹配，造成泵内流体流动状态发生变化，进而产生噪音和振动。

5 处理措施

通过对循环水系统管网进行调整，泵运行噪音仍未减小，决定对改造后运行时间最长的水泵进行拆检，其中1号循环水泵自2016年12月27日14：00，除去中间停泵时间，至2017年3月13日，共计运行61d。

拆检整体情况介绍：叶轮口环锈蚀较为严重，叶轮基本未有锈蚀现象，泵壳无明显冲蚀痕迹；叶轮叶片均出现冲蚀减薄区域和部分叶片存在沙眼，减薄位置距离叶片入水边缘135mm、叶片根部800mm处，减薄区域面积为30mm×100mm，减薄量在0.1～0.2mm，产生沙眼为同一区域，最大沙眼口直径1.5mm、深度1mm（见图4～图7）。

图4 叶轮口环锈蚀图

图5 驱动侧入口叶片图

驱动侧入口6个叶片均出现以下情况：距离叶片入水边缘135mm、叶片根部800mm处，出现面积为30mm×100mm冲蚀减薄区域，减薄量在0.1～0.2mm。

非驱动侧入口6个叶片同样出现以下情况：距离叶片入水边缘135mm、叶片根部800mm处，出现面积为30mm×100mm冲蚀减薄区域，减薄量在0.1～0.2mm之间；且其中有3片叶片在减薄处出现沙眼，最大沙眼口直径1.5mm、深度1mm（见图8）。

叶片区抽点测厚：

为对叶轮下一个运行周期进行数据比对，对驱动侧吸入口叶片进行抽点测厚（见图9）。

6 结论

1）通过优化设计叶轮与密封环，使水泵设计参数与系统装置扬程匹配，改造叶轮后水泵新叶轮外径为890mm，原水泵叶轮外径为935mm，水泵基圆尺寸为1 050mm。更换叶轮后，水泵叶轮与基圆间隙加大，导致水流噪声稍微增大。

图6 非驱动侧入口锈蚀图

图7 非驱动侧入口叶片锈蚀图

图8 冲蚀减薄区域图

图9 叶片区抽点测厚

2）更换叶轮与密封环后，水泵运行的轴承温度及水泵振动值均满足要求，说明不存在机械方面的原因影响水泵正常运行及使用。

Stability Analysis of Large Centrifugal Pump After Energy Saving Reconstruction

Lin Kai

Now a lot of domestic petrochemical enterprises in the factory in the early focus on stability，so a lot of system there is a big margin，such as process system，water system，steam system，in recent years many domestic energy-saving renovation company，mainly for each system surplus energy recovery，or the transformation of the system，reduce the surplus energy.Then the attendant problem is stable，the size effect on the whole system after the transformation，the matching between quality and transformation of some of the equipment，process，such as the transformation of the system is not stable，it will work not completed.

water pump；impeller；vibration；noise

TQ051.21

B

1003–6490（2017）10–0073–03

2017–07–24

林凯（1987—），男，吉林松原人，助理工程师，主要从事化工技术装备管理工作。