机泵工作点在高效工作区内运转的判定

2018-03-31周金伟

设备管理与维修 2018年1期

周金伟

（陕西延长石油榆林煤化有限公司，陕西榆林 719000）

0 引言

当前，工业发展的外部环境和内在动力都正在发生重大的结构性变化，在严峻的市场环境中，提高生产设备的可利用率和可靠性指标，已成为企业提高竞争力和持续健康发展的重要工具。从纠正性维修到预防性维护，观念转变，真正实现设备可靠性管理。设备可靠、技术先进、降低消耗，使设备管理的经济效益最大化。

陕西延长石油榆林煤化有限公司（简称“榆林煤化”）是陕西延长石油（集团）有限责任公司旗下的一家集煤、油、气、化、电综合转化利用的大型能源化工企业。2009年注册成立，注册资金40.5亿元人民币，位于榆林市榆横工业园区。主要从事甲醇、醋酸、油品等煤化工产品的生产、加工和销售，并受集团公司委托管理延长石油榆神能源公司和延长益业筹建处。截至2016年，榆林煤化公司资产总额为47.56亿元人民币，从业人员1089人。

公司年产20万t甲醇，20万t醋酸项目，于2011年4月建成投产，2012年1月转入生产经营，同年建成年产5万t的CO2提纯装置，2014年经升级改造，醋酸年产能达到30万t，甲醇产能达到25万t，2015建成年合成气制油15万t示范装置。公司目前还有多个正在建设和规划论证的项目，已成为延长石油集团在煤化工领域的重要投资窗口。榆林煤化公司将形成以榆神、榆横两大园区为产业载体，年转化煤炭3000万t以上、利税156亿元人民币的生产经营规模，成为延长石油集团重要的利润增长点和多产业融合发展的示范基地。

由于装置已运行多年，就泵类设备而言，不免也存在各种问题。反映在设备上，具体表现为振动、噪声大，或机泵出口阀限量，设备管线冲刷大。为此，对泵类设备（机泵本身、工艺管道）能量进行核算，尽量使机泵处在高效工作区内或者接近高效工作区的相应工作点，从而获取最大经济效益。

1 机泵工作点与高效工作区

在离心泵和管路等组成的系统中，管道所消耗的能量一般等于泵所提供的压力能，二者保持能量供求的平衡关系。在无泄漏的情况下，管道的流量一般就是泵的排量，泵的实际总扬程就是管道所需要的总能头。泵和管道系统的工作点是指在压力供需平衡条件下，管道流量与泵入口与出口压力等参数之间的关系，即泵的能量与工艺管道所需能量相适应[1]。

离心泵的特性曲线表明泵的扬程、功率、效率、汽蚀余量与流量之间的关系，其中效率与流量曲线表明，随着流量的增加，泵的效率有个最高点，即最高效率点，该点相对应的工况为额定工况，即额定流量、额定扬程、额定功率，就是指泵的设计工况。通常规定，对应最高效率点以下7%的区域为高效工作区[1]。

设备管理目标是即要安全平稳长周期运行，同时还要挖掘设备潜力，使设备效益最大化。机泵要尽量在高效工作区内工作，即机泵的工作点要落在高效工作区内，这样才能使机泵效率最大，消耗最小。

2 机泵是否在高效工作区内运转简单判定方法

从机泵特性质曲线上确定，最高效率点以下7%的区域为高效工作区，对应的流量、扬程、功率范围，确定机泵正常工作时其运行参数是否在这范围之内。功率是个综合因素，只要扬程、流量满足工艺要求，功率处在高效工作区内或接近高效工作区，就可以认定机泵在高效工作区内运行。由于装置正常生产，不可能将每台泵在正常操作条件下输送物料时的性能曲线画出来确定泵的高效工作区，只能粗略进行判断。

为此，可依据机泵在正常运转过程中总能量守恒的规律简单判断，即电机输出功率等于电机及泵的总耗功率。通过电流可算出电机输出功率，大致可以认为是机泵正常工作时功率（因为电机输出功率包括泵的有效功率和电机与泵的损失功率，损失功率在此可忽略），看此功率是否处于机泵高效工作区内，即可判定机泵是否在高效工作区内工作。

所以，可得出判定机泵是否在高效工作区内运转的简单方法：运转时电机功率是否在7%到 W额区间或接近该区间。W额就是机泵铬牌上的功率，也是机泵性能曲线效率最高点时所对应的功率。铭牌额定功率是以常温下清水为试验介质获得的数据，实际轴功率为介质密度与水密度之比乘以水运功率[2]。

经过核算，发现大部分机泵运转时，都在这个高效区间以下工作，这是装置能耗比较大的根本原因。如果离高效工作区远，就要考虑对泵或管线系统修正。对泵则有叶轮切割、增加变频等措施。对管道，则应找出能量损失比较大的部位改进，增加或减少管件数量。如果离高效工作区近，建议调整生产操作工艺，如采用增大或减少流量的方法等。

3 机泵工作点失调现象及处理

泵和管道组成固定系统后（无泄漏状态），在压力供需平衡条件下，工作点是指管道流量与泵入口与出口压力等参数之间的关系，即泵的能量与工艺管道所需能量相适应。但在实际操作中，尤其装置经过工艺改造完后（例如：隐患治理改造、换热流程优化改造、完善项目改造、扩能改造等），由于没有整体统一设计，泵的能量与工艺管道所需能量不相符，甚至二者相差很多，有的泵的能量比管道所需能量小，有的则大。

3.1 泵的输出能量小于管道所需能量现象的处理

一般泵的输出能量比管道所需能量小的情况，现象是电机输出功率大、电流高或机体热，经常发生电机偷停、跳闸现象；对于设备管线则伴有管线振动现象；有此类现象可怀疑泵的扬程、流量满足不了工艺要求。对此，可更换新泵或整体更换泵机组，通常可解决泵的输出能量比管道所需能量小的问题。

3.2 泵的输出能量比管道所需能量大的现象及处理

泵的输出能量比管道所需能量大的情况，即泵的能量有剩余，现象是设备振动大，振动超标，噪声大。由于机泵出口阀限量，物料流过节流阀时经常有摩擦产生的尖锐噪声，设备管线冲刷大。针对此类情况，可对相关泵组设备（机泵本身、工艺管道）进行能量核算，加以整改，如叶轮切削或增加变频设备。

4 泵节能改造实例

4.1 数据采集

（1）机泵技术资料数据。以型号250AYsⅡ-210泵为例，轴功率442 kW，流量650 m3/h；转速2950 r/min，扬程180 m，叶轮外径383 mm，允许汽蚀余量6.5 mm。

（2）电机资料数据。电机型号YB560-2，功率500 kW，频率50 Hz，电压 6000 V，转速 2979 r/min，功率因数 0.8～0.89，电流56.9 A，工作电流32 A，重量4552 kg。

（3）叶轮切割前操作数据。入口压力 0.4 MPa，出口压力2.62 MPa，每班泵送量2670 t，电流32 A，输送介质密度（100 ℃），800 kg/m3。

4.2 切割后效果及是否在高效工作区运转判定

（1）切割后效果。经分析后，决定分2步对泵进行切割。第一步在叶轮直径方向切27 mm，第二步在第一步基础上再切15 mm，共切42 mm。P101原油泵叶轮切割27 mm后，叶轮直径由383 mm减为356 mm（现场实测）。机泵切割前后工况参数对比，出口压力切割前2.63 MPa，切割后2.3 MPa，流量切割后前后没有明显变化。切割前，轴承前/后振动值19.6/12.3（mm/s2)，切割后，轴承前/后振动值4.4/3.7 mm/s2，切割前/后电机电流32/28 A。切割后，机泵工况得到改善，机泵振动明显减轻，电机运转电流明显降低，实现了装置节能降耗。

（2）是否在高效工作区运转判定。泵额定功率是以常温清水为试验介质获得的，实际轴功率为介质密度与水密度之比乘以水运功率[2]。以密度800 kg/m3（100℃下）的输送介质为例，额定轴功率W额=442×0.8=353 kW。

切削后的额定功率 W2根据（W额/W2）=（D1/D2）3计算，即（353/W2）=（383/356）3，得 W2=280 kW，D1，D2是切削前后叶轮直径，而工作区下线功率=280-280×0.07=260 kW。因此，机泵正常工作时功率259 kW接近于高效工作区［260 kW，280 kW］，可以认为该泵在高效工作区内工作。同时，建议调整泵送量，按上限控制，这样泵的工作点就落在高效工作区内，有利提高泵的效率。

（3）估算电机节能。减少使用电机功率37 kW，每天可节电888 kW·h，工业用电每kW·h按0.6元人民币计算，每天节电折合人民币532.8元。