循环氨水系统中的泵效率提升方法探究

2024-01-22许智赵立海黄煜筝

当代化工研究 2024年2期

＊许智赵立海黄煜筝

（神华巴彦淖尔能源有限责任公司内蒙古 015300）

在现代工业和商业领域中，循环氨水系统已经成为一个不可或缺的部分[1]。在这些复杂而多样化的系统中，泵是至关重要的元件之一。为了满足日益增加的能源效率和环保要求，研究人员、系统设计师和工程师一直在寻找提高循环氨水系统中泵效率的方法。泵效率的提升不仅有助于减少能源消耗和运行成本，还有助于降低对环境的不利影响，从而推动可持续发展。因此，本文旨在深入探讨提高循环氨水系统中泵效率的方法。

1.循环氨水系统中泵效率的重要性

循环氨水系统是一种利用氨水作为吸收剂的热泵系统，可以实现热能的回收和利用[2-3]。泵是其中的重要组成部分，其效率直接影响系统的性能和运行成本[4]。因此，提高循环氨水系统中的泵效率具有重要意义。

第一，可提高循环氨水系统的能量利用率。循环氨水系统的能量利用率是系统输出的有效能量与输入的总能量之比，反映了系统对能源的利用效率和节约程度。循环氨水系统中的泵效率是泵输出的液体功率与输入的电功率之比，反映了泵对电能的转换效率和损耗程度。因此，泵效率越高，消耗的电能越少，输出的液体功率越大，从而提高循环氨水系统的能量利用率。

第二，可降低循环氨水系统的运行费用。循环氨水系统的运行费用主要包括电费、维护费、更换费等。而泵效率越高，意味着泵消耗的电能越少，从而节省了电费。另外，泵效率越高，也意味着泵运行更加稳定可靠，减少了故障发生的概率和频率，从而节省了维护费和更换费。

第三，可提升循环氨水系统的环境友好性。循环氨水系统本身就是一种利用低品位热能代替高品位热能或电能的绿色节能技术，可以减少化石能源的消耗和温室气体的排放。而泵效率越高，意味着泵运行更加平稳安全，减少了氨水溢漏和腐蚀等风险。

2.影响循环氨水系统中泵效率的主要因素

（1）流体特性与黏度。流体特性是流体在运动过程中表现出来的物理性质，诸如密度、黏度、温度、压力等[5]。当流体密度增加时，泵需要消耗更多的功率来推动流体，进而降低了泵的效率。此外，流体的温度也会影响流体的密度，使其稀薄，这将导致泵需要执行更多的工作以维持相同的流量，进一步降低了效率。黏度则是流体内部的摩擦力，它决定了流体在管道中的阻力。高黏度的流体会导致更大的摩擦损失，因此需要更多的功率来克服这种阻力，从而使泵的效率下降。此外，雷诺数是用于判断流体流动状态的无量纲参数。具体来说，雷诺数的计算公式如下：

其中，Re代表雷诺数；ρ代表流体体积密度，单位kg/m3；v代表物体表面平均流速，单位m/s；L代表物体长度或直径，单位m；μ代表流体动力黏度，单位Pa·s。当雷诺数较小时，流体呈现层流状态；当雷诺数较大时，流体呈现湍流状态；当雷诺数处于中间值时，流体呈现过渡流状态。

因此，在循环氨水系统中，应该尽量选择合适的氨水浓度、温度、压力等参数，以降低流体阻力，提高泵效率。一般来说，氨水质量分数应控制在30%左右，氨水温度应控制在60℃左右，氨水压力应控制在0.5MPa左右。

（2）运行条件与环境因素。运行条件与环境因素包括流量、扬程、温度、湿度、气压、噪声和振动等，它们直接对泵的性能产生重要影响。流量是单位时间内通过泵的流体体积，扬程是泵输出的流体压力与输入的流体压力之差。这两个参数是泵的主要性能指标，决定了泵的工作状态。当流量与扬程与泵的额定值匹配时，泵的效率达到最高水平。但如果流量与扬程偏离泵的额定值，泵的效率将受到损害。

同时，不适宜的温度和湿度可能导致泵材料的热胀冷缩或脆化，进而增加泵的摩擦损耗，从而降低泵效率。湿度变化也可能导致泵材料的腐蚀或干裂，影响泵的密封性和强度，进而降低泵效率。因此，在维持适宜的温湿度条件下有助于提高泵的性能。低气压环境可能导致流体内部的空化现象，增加流动阻力和涡旋损失，从而降低泵的效率。而且，噪声水平的过高表明泵存在异常振动或冲击，会损坏泵的结构，导致泵效率下降。因此，维持适宜的气压和控制噪声在合理范围内对于确保泵的高效率运行至关重要。

3.循环氨水系统中的泵效率提升方法

(1)泵的安装方法

①泵的选择。在循环氨水系统中，在选择泵时，应考虑以下几个方面：

第一，根据系统的流量、扬程、压力等参数选择合适的泵型号，避免过大或过小的匹配。例如，选用扬程过高的泵，会导致出口压力过大，增加管道阻力和泵轴功率；选用流量过大的泵，会导致进口压力过低，产生气蚀现象和噪音。第二，选择高效、节能、可靠、耐用的泵，优先考虑采用变频调速、磁力驱动、无密封等新型泵。具有以下优点：变频调速泵可以根据系统需求自动调节转速和流量，提高效率和节省能源；磁力驱动泵利用磁场传递动力，无需机械密封和轴承，减少摩擦和漏失；无密封泵采用特殊材料或结构设计，无需使用密封件或填料，避免了液体渗漏和污染。第三，根据系统的工况变化选择合适的控制方式。恒压控制适用于出口压力要求稳定的系统，保证出口压力不受流量变化的影响；恒流控制适用于流量要求稳定的系统，保证流量不受压力变化的影响；恒功率控制适用于输入功率要求稳定的系统，保证输入功率不受流量和压力变化的影响。

图1 变频调速泵

图2 磁力驱动泵

图3 无密封泵

②泵的安装。在循环氨水系统中，在安装泵时，应注意以下几个方面：第一，如果泵与管道不对中，会导致管道受力不均匀，产生应力和变形；同时也会使得泵轴受到弯曲和偏心力，增加轴承负荷和摩擦损失。因此，在安装前后都应使用专业仪器检测并调整对中度。第二，如果泵与电机不联轴，会导致泵轴和电机轴不同心，产生偏心力和扭矩，影响泵的平稳运行和效率。因此，在安装时应使用联轴器或其他装置连接泵轴和电机轴，并使用水平仪或其他仪器检测并调整联轴度。第三，如果泵的基础不牢固或不稳定，会导致泵在运行过程中发生位移或变形，影响泵的对中度和联轴度，降低泵的效率。因此，在安装时应选择合适的基础材料和结构，并使用螺栓或其他固定件将泵固定在基础上。第四，保证泵的进出口管道布置合理，避免产生气蚀和局部阻力。在安装时应遵循以下原则：缩短管道长度和减少弯头数量；避免使用直角弯头或突然变径的管道；保持管道内径与泵进出口口径一致；保持进口管道水平或略向下倾斜；保持出口管道向上倾斜并安装止回阀。

③泵的运行。在循环氨水系统中，泵的运行也会影响其效率，因此，在运行泵时，应注意以下几个方面：

第一，定期检查和维护泵及其附件，如轴承、密封、叶轮等，并根据使用情况和制造商建议进行维护或更换。第二，定期清洗和冲洗泵及其管道，去除沉积物或杂质，防止泵及其管道内有沉积物或杂质，会导致流道狭窄或堵塞，影响流体的流动速度和压力。第三，定期监测和分析泵的运行参数，如流量、扬程、压力、功率、电流等，及时调整或优化控制策略。如果泵的运行参数偏离设定值或最佳值，会导致系统的效率降低或安全隐患产生。第四，定期对比和评估泵的效率指标，如果泵的效率指标低于预期或标准，会导致系统的运行费用增加或环境污染加剧。因此，在运行一定周期后都应对比和评估泵的效率指标，并根据评估结果进行改进或优化。

(2)重视仪器设备的保养和维修

①检查与清洁。对泵进行定期的观察、测试、清理等操作，以发现和消除泵存在的问题和隐患。检查与清洁可以及时发现泵的异常现象，如温度过高、噪声过大、振动过强、漏水、堵塞等，并及时采取措施进行处理，以避免影响泵效率或造成更大的损坏。检查与清洁还可以及时清理泵内部和外部的杂物、污垢、沉积物等，以减少流体阻力和摩擦损失，从而提高泵效率。

②润滑与调整。对泵进行定期的加油、调节等操作，以保证泵的良好运转和匹配。润滑与调整可以有效减少泵内部的摩擦阻力和磨损程度，从而提高泵效率和寿命。润滑与调整还可以有效调节泵的工作点和工作状态，使其适应不同的运行条件和环境因素，从而提高泵效率和稳定性。

③更换与修复。对泵进行定期或不定期的更换、修理等操作，以恢复或提升泵的性能和可靠性。更换与修复可以有效解决泵存在的故障或损坏问题，如轴承烧坏、叶轮破裂、密封失效等，并及时更换或修复相应的零部件或整体，从而提高泵效率和安全性。

(3)培养专业化的人员

在循环氨水系统中，应积极培养专业化的人员，提高他们对泵效率提升方法的理解和掌握。制定合理的培训计划和内容，涵盖泵效率提升方法的原理、步骤、注意事项等方面；采用有效的培训方式和方法，如讲座、演示、实践等方式，结合理论与实际进行教学；进行定期的考核和评估，检查人员对泵效率提升方法的掌握程度和运用能力。建立合理的绩效考核和奖惩制度，根据人员在泵效率提升方法方面的贡献和表现进行评价和奖励；建立良好的沟通和反馈机制，及时了解人员在泵效率提升方法方面的意见和建议，给予肯定和支持；建立健康的竞争和合作氛围，鼓励人员在泵效率提升方法方面进行交流和学习，促进共同进步。