化工泵节能综述

化工泵节能综述　张诚　程永清　（西北工业大学；７１００７２）　摘要：恐进化工与石油化工赢程中各种类型泵的节能，一是运转中的节能方法；二是ｊ匝过设备改造的节　钷方法　刊举了蛮际泵的节能蛮饲和节能计算方ｊ击　Ｔｈ　３｜ｉ　要流程是：原油蒸馏．真空塔分离、催化裂　１化学工业及石油化学工业用　化、烯烃异化、氢化裂解、催化重整．焦化　泵的类型及其节能潜力　及为除硫和除藏的加氢处理。这些流程生产的　产品包括动力汽油、商业喷气发动机燃料油和　化学工业用泵主簧用来输送硫酸　、　煤油、馏出的燃料油　残余的燃料油及润滑油　盐酸、磷酸、氯酸、碱性溶液、盐溶液、有机　炼厂用泵中离心泵古８０％以上．其性能范围　机酸．有机物等．化工离心泵的使用最为广　为流量从１０ｍ　到２０００Ｉｒ　，ｈ，扬程Ｍ　２０ｒａ到　泛，其性能范围为流量：一般单级单缎泵为　６７０ｍ，输送石油产品比重Ｍ　０＿３到ｉ　３，牯度百『　６．３～４ＯＯｍ３／ｈ　使用轴流泵最大流量达１６０ｏ　从低于水的值到高达１５Ｏｏ０　ＳＳＵ（国际赛氏秒）　ｍ　，ｈ，场程：单级单吸泵性能范围为５～Ｉ２５札　炼广石油化工装置使用的几种典型用途泵为：　蛀高可达１　８０ｍ，在高压的使用条件下，可　原料油泵、回流泵．塔底泵、产品泵．循环泵　采用齿轮泵　螺扦泵．变形转于泵、滑片泵、　注＾泵．燃料油泵．残渣泵和锅炉给水泵　轴向活塞泵，隔膜泵和凸轮泵　这些泵特别适用　泵能耗量十分惊人，全国工业泵年产　于输送高粘度液体或气化压力较低的液体　其　３３２．０２万台，其中工业泵ｌｌ　Ｉ．７５万台，全国泵　中隔膜泵中的被输送液体和动力源之间无需任　的拥有量Ｉ３００万台。８０年国家工业泵配套功　何联接，因而消除了泄漏的可能性，敞隔膜泵　率为７６５．６万千瓦，工农业泵共讣配套功率为　可输送有毒或贵重液体　这种泵的缺点是流　１６７２　６万千瓦，占全国总发电能力的２０％左　趣　扬程范围有限　且吸＾　和排出ｕ处必颁　右。舳年全国生产的变直箍电动机总容量为　苌逆止阀　另外，旋满泵适用于化工的高压小　３７ｌｌ　ｌ６万千瓦，泵的配套功率（１６７２．６万千　流量工况ｆ０．４ｍ　），但不能用于抽送固一液　瓦Ｊ占电动机总容量的４５％．倒如兰州炼油厂　混台物　这样年处理量３００万吨规模的厂就有各种型式　化工工业中使用较特殊的泵很多，材料　与规格的泵ｌｌ３５台；３Ｏ万吨合成氨、５（Ｉ万吨　特殊的泵有玻璃泵、工程颦抖象　陶瓷泵、石　尿素的大化肥装置中需各种泵１２５台　全国泉　墨泵等，结构特殊的有自吸泵、管道泵　屏蔽　的平均教章提高１％、所节约电量相当于一台　泵、高速切线增压泵、磁力传动泵，此外迂盲　容量２００ＭＷ发电机组全年的发电量，全国化　喷射泵和水环真空泵等　学工业中泵的耗电量约为１　５５亿度，占全国总　石油化工用泵大量使用在炼油厂流程，主　耗电量的５．６％　泵的节能潜力相当巨大．这　２２一　水泵技术１９９５＾　维普资讯 http://www.cqvip.com

是因为④水泵行业虽然已开发了９个系列。　１９２个品种的高效节能产品。国家也正式公布　了第１６批节能产品和应淘挞的高能耗产品。但　是节能产品的推广普及率还非常低。大量的低　教、高能耗泵仍在生产　使用　②用户选　型时考虑流程出现的最大流量与最高扬程。所　留的裕度普遍偏大，使用中的实际负载长期远　远偏离设计工况点，致使运行效率过低。③　为满足工艺要求　经常在运行中需调节泵的流　量，目前大部分化：［厂．炼厂采用节流阀调　节。损失相当严重．因此化工与石化工业用泵　的节能是当前关系国　民生的重大问题，本文　综合了国内外文献中行之有效的泵节能方法。　供广大泵用户参考。　２通过改变设备节能　ｚｌ用小口径泵取代丈口径泵　如果根据工艺流程的要求，选择一台泵的　设计参数为：流量Ｑ。＝２．５ｍ￣／ｍｉｎ，全扬程Ｈ１　１２０ｒａ，实际扬程　＝９０ｍ，从单吸多级离　泵的遣择图谱（图１）可确定。应该选择　径　Ｉ５０ｍｉＴｌ的单吸多缳泵为宜，但是实际运行中　由于工艺流程的变化，实际上需要的流量为　（｝２＝２．０ｍ￣ｇｎｍ．如长期保持２０ｍ３／ｍｉｎ￣流量　有两个建径，一是更换为　径１２５ｎ＇ｕｎ的泵，　是利用节流阀将流量螭节到２．０ｍ￣ｔｍｉｎ。　原设计工况点为Ａ（图２】，用节流阀调节后的　工况点为Ｂ，小Ｌｌ径泵的性能曲线如虚线所　示。用阀将流量调到２．０ｍ３／ｍｉｎ时，相应点的　扬程为１２７ｍ，更换小口径泵后Ｑ＇＝２．０ｍ￣／ｍｉｎ，　扬程ｂ／　＝ｔ１０ｍ。两种方案柏耗电情况计算如下：　（１１原设计点（Ａ点）的轴功率　ｏ－ｌ６３　＝０．１６３　‘　Ｕ．，）　６５２ｋＷ　设计点泵的效率　。＝７５％　电机的配带功率一般加１５％，则电机功率为：　６５．２ｋＷ　【Ｉ＋Ｏ．１　５）＝７５ｋＷ　水泵技术１９９５．６　Ｉ　Ｉ２５－　ｌ　Ｉ　２伽－　Ｉ　⑦　Ｌ』　ｒ、　—＼　’～　＼　、＼　『　雕　嫒　＠　＼　●　／　＼　拿　④、　—～　＼　Ｉ７｝　／　鼍■‘　／ｌｌｎ）　母１　单嗳多缎离心泵造型图谱　图２不同口径采的性能点　（２）采用节流阀后（Ｂ点）舶泵轴功率：　‘　０．１６３半玑　＝０．１６３　，Ｉ　５８　３ｋＷ　Ｑ２＝２．０　，￣ｌｉｎ、　一１２７ｍ．　ｌ　＝７ｌ‰　ｆ３）更换小［Ｊ径泵的轴功率：　Ｐ２＝ｏ．１６３Ｑ　－０－㈨　－４７－　ｇｋＷ　对，　Ｕ．，，　式中　为全扬程。系泵的实际扬程与送水管　踌阻力之和。送水管中阻力与流量的二次方戚　２３—　维普资讯 http://www.cqvip.com

正比，其值为【Ｈ　一ｈＡ）　（Ｑ　ＱＪ　（１２０—９ｏ）　（２．Ｏ／２．　＝１９．２ｍ　ＪｆＡ＋（Ｈｌ一』　×（Ｑ　２／Ｑ１）　兰１ｌｏｒｅ　＝７５％　改用小口径泵与采用节流阀调节两种措施比　较，在Ｑ＝２．０ｍ　／ａｒｉｎ的工况，前者可节约功　率为（５８．３－４７．８）ｋＷ＝ｌ０．　ｗ。在工厂中的　泵一年平均运行８０Ｏ０小时，改用小口径泵后　年节电量为８．４万受。每度电按人民币Ｏ．５　兀计算，则一年节约金额为４．２万元。一年完　全可收回一台泵的投资。由此看来，由于考虑　流程中可能出现的大流量状况而选用了大口径　的泵，但是运行中长时同出现小流量工况，对　此应进行具体的技术经济分析，如果小流量运　行时间较长，更换小Ｌｊ径泵是合算的。　２．２选择经济台数　离心泵在通常的运行范围内一般是ｕ径愈　大效率愈高．因此在为装置选择泵时尽量选用　台泵满足流量的要求，但是当某些装置运行　中要求变动的流量工况时，则有必要选用两台　泵或三台泵，也可能需要大泵与小泵组合使用．　２．２．１分成两台泵运行方式　图３是分割威两台泵井联运行的性能曲　线，圈中虚线表示使用一台太流量泵的效率曲　线，假设某装置要求泵一昼夜连续２４小时运　行，其中８小时要求蔼ｃ量为１ｍ　曲，８小时要　求２　ｍ］＾ｎ＇ｍ的流量．第３个８小时要求３ｍ３／ｍｉｎ　的流簟。针对这样工况，分析一下如何使用泵　节能效粜最好。　最太流量Ｑ］＝３１１１　／ｒａｉｎ　最大流量时的扬程　Ｈ．＝ｌ１０ｍ　要求实际场程：　＝ｌｆｏｎｌ　卜一）第一种方案选用　台１５０ｍｍ口径的３　级离心泵在三个工况点运行（图４）．　流量３ｍ￣／ｍｉｎ时的轴功率　Ｐ￣＝０．１６３　些一＝ｏ１６３　０＿　８ｋｗ　¨．　¨．　／０’　此时泵效率　玑；７０％　２４一　图３两台泵井８ｔｅＳｔＩｉｔ时的景统曲线　燕量Ｃ　圉４使用一台大瘴量泵的性能　１　，啦ｉｎｘ］￣－　Ｏ　／　垒扬翟／”　：一　雷　％　ｌＯＣ　二　暴　ｅＯ　ｋＷ　ｈ口　－５Ｏ　ｆ　ｌ０ｃ　啦　５。　鞲　ｎ　Ｉ．＾Ｉ　圈５　两宥幕并鞲运行时臼ｇ住舵　流量２　／ｍ１岫时的轴功率　＝ｏ，ｌ６３气　＝６０．４ｋＷ．此时泵效率　６８％　流量１ｔ　缸　的轴功率只＝ｏ．１６３　警　５０．４ｋＷ，此时泵效率　。＝４４％　主盖点１９９５６　维普资讯 http://www.cqvip.com

（－－）第二方案选用二台小流量的泵井联运　＝７６．８ｋＷ此时泵效率　，＝７ｏ％，两台泵井　行，所选泵口径为１２５ｎｎｎ的３级离心泵，井联　联运行．一台泵的流量为Ｑ　＝！．ＳｉｎＳ／ａｒｉｎ　运行特性曲线见圈５，其耗能计算如下：　流量２扣　时的轴功率　＝Ｏ．１６３１２　ｘ９　９　疵量３ｍ￣／ｍｉｎ时的轴功率　Ｐ３＝０．１６３　￣０．１６３　×２　×１—４３．１ｋＷ，此时泵效率　ｍ　７５％　Ｕ．，Ｕ　流量为ＩｅｒＳ／ａｒｉｎ时泵的轴功率　寰１　两种运行方式的耗能比较　选用一台太童ｔ粟　±　虞两台小蠢ｔ呆　使用小呆的节电效暴　（１５￣ｔａｔ口径）　（１２５ｍ口径）　Ｉ￣／ｍｔａ蠢ｔ　５ｄ　运行Ｂ小时耗电‘度）　ｘ　８＝柏３　２　３２１ｘ　８ｔ　８　柏３　—２甄Ｂ一１４６．４　２ｍ　ｎ童ｔ　６０Ａ　ｘ　８＝４宕３　２　４３，ｌ×Ｂ一３４４．８　４８３　２－３４４８＝ｌ弧４　运行８小时耗电啵）　３ｍ￣／ｍｉｎ童ｔ　７ｎ　８＝，６矗４　陋８×Ｂ一６１屯４　５ｆｉ６．４－６１＾４一一４宕０　运行Ｂ小时耗电‘度）　台计耗电（度）　ｌ４盟Ｂ　１２１　０　１４．￣２．．８－１２１６ｎ　８　Ｐ　＝ｏ．１６３　旦ｘ　ｌ＝３２１ｋｗ，此时泵的效　率　＝５９％．　由表１可冤，在变工况运行的条件下选择　经济逮行台敦比使用一台泵一年节电量可达　２３６．８×３６５＝８．６４３２万度　王２上分戚三台泵并联运行方式　与上述工况相同，２４小时连续运行中，８小　时要求疵量为ＩｅｒＳ／ａｒｍ．，８小时流量为２ｍＳ／ａｒｉｎ，　圜６　兰台泵井联运抒的性能　８小时流量为３ｍＳ／ａｒｉｎ。　在３ｍ３／ｍｉｎ流量的８小时中，选３台泵井联运　最大疵量．　＝３ｒａ￣／ｒｍ　行，其轴功率为：只：０．１６３—Ｑｓｔ３ｘ／／ｓ最大疵量时的扬程　＝ＩｌＯｍ　实际扬程　一８０ｍ　蕾２８．４６ｋｗ，　３台泵的总轴功率为　选泵的型式为ｌＯＯｎ￣ｎ口径的４级离心泵，　３Ｂ一８５．４ｋＷ。　寰２各种蛆台方式每日耗电量比较　组合方式　用一台太童ｔ呆　分威２台小童ｔ呆　分厦３台小童ｔ粟　不同瘟量耗电～—、、＼（口径Ｉ，岫ｍ多垃泵）　（口径１２５ｍ多圾粟）　（口径ｌ∞珊多垭粟）　１ｍ￣／ｍｉｎ的藏量　和２　２甄８　丝５　ｘ　８　２２ｇ＿０　运行８小时耗电（度）　２　’＾晡ｎ的童ｔ　运行８小时耗电（度）　４５３　３４４８　５ｔ９　ｘ　８　铆２　ｍ￣／ｒａｉｎ的童ｔ　５６６４　６１４４　运｛亍８小时耗电（度）　Ｂ５　４ｘ　０＝啦２　合计耗电（度）　Ｉ４　８　Ｉ２１们　ｌ撕４　水泵技术ｊ虹６　—２５—　维普资讯 http://www.cqvip.com

在２ｍ３／ｔｎｉｎ流量的８小时中，使用２台泵　井联运行，其轴功率为：　Ｐ￣＝０Ａ６３　…　２台泵总轴功率为２　＝５６￣９ｋＷ　在ｌｍ　面流量的８小时中，使用ｌ台泵　运行，其轴功率为：　Ｐ３＝０Ａ６３　玑　３　Ｕ．０ｊ　＿２８．　从以上比较可看出，在前三倒的工况下分成２　台小流量泵的耗电量最少，是经济的运行台数．　圈７　大流量泵与小流量泵组合特性　确定经济运行台敦，需要作出井联运行曲线．　２．３太滚量泵与小滚■泵组台使用　如果一个厂对给水量的需求昼夜变化很　大：白天用水量大，夜同用水量小，这种情况　可采用大流量泵与小流量泵组合使用，图７是　大流量泵与小流量泵组合使用的运转特性曲　线。当所需流量小于图中的Ｑ。时，仅起动小　流量泵，当所需流量超过Ｑ。时，起动大流量　泵。一般在送水管路中设置藏量汁，平茸用它的　流量信号，控制压力开关与流量开关．送水管　路末端的闷瑶渐关闭，阻力曲线沿Ｒ。一Ｒ　一　Ｒ　·Ｒ．变化，与此相应的运行点沿Ａ—Ｂ—　Ｃ—Ｄ移动。当流量减少到小于Ｑ。以下时，　则小流量泵起动，大流量泵停止。小流量泵起　动后，送水管末端的阀开启，阻力曲线沿Ｒ　一－　Ｒ　一Ｒ，变化，与此相应的运行点器Ｅ—Ｆ一　６移动。瞻着菰量的增大，泵的排出压力降　低，排出压力降低到　以下时．大流量泵开　始起动，小流量泵停止，　２．４硪少泵的蜜扬程（净扬程）节能　般选泵时均按吸＾水位最低，排出水位　最高的情况确定泵的主要参数，如圉８选择泵　的实扬程为日　，流量　，扬程日。，运行点为　Ａ点。在实际运行时采用提高吸＾水池的水　位；在排出水箱利用虹吸原理降低排出水位等　措施可以降低实扬程。泵的工观点由　点变　为Ｂ点，流量由Ｑ。增至Ｑ　如要求保持流量　翻８不同喜扬程的运行点　不变仅减少实扬程，可切割泵叶轮，使　竹　由Ａ点变为Ｃ点。Ａ点的实扬程为９Ｏｒｅ，所　选泵型为１５０ｎｍｌ口径４级离心泵。　点的轴功率只＝０Ａ　６３Ｑ：　Ｈｔ　㈨　０　５８２ｋＷ　Ｂ点的实扬程降为８０ｍ．Ｂ点轴功率　＝Ｏ．Ｉ６３ｘ　０．１６３　＝５９．６ｋｗ　Ｃ点的实扬程降为８（ｈｎ．Ｃ点轴功率　＝Ｉ】ｉ　６３　ｌ６３　娟３ｋｗ　压　行年节电量达１Ａ３０８万度。　２５增大泵管路直径节能　泵的送水管路阻力汁算公式为：　等·等Ｌ　采豪箍泉Ｉ７９５＾　维普资讯 http://www.cqvip.com

裹３管径变化后管路阻力增诫比倒　管径‘血ｎ）　增　舯　１　２９７　ｌ∞　０　３４　Ｉ　ｌ　０１２　ｍ３４　】，ｏ　０】４　２肿　２鄹　式中　一送水管路阻力，ｍ　阻力系数　Ｌ一管路长度，ｍ　Ｄ一曾内径，ｍ　据统计，正在使用的送水管路曾径原为　１２５ｒｍｎ，如果将管径加租到１５０ｓｔｕｎ则其管路　阻力只相当于原来的４２％，进而将管径增加　到２００ｍｍ，管路阻力只有原来的１０％：反　之，如果将管径缩小到１００ｎ＇ｍａ，送水管路的　阻力会加大２．９７倍　表３给出了管径变化后　管路损失增减的比倒．　３运行中节能　使甩部门选泵时，总要考虑长年的变化情　况来确定泵的扬程、流量等主要参数，所以事　先留出相当的褡度。另外决定泵ｕ径与电动机　功率办取偏太值，因此常常出现泵的实际工况　点与设讨点参数偏离甚大，为杜绝由此造成的　能源浪费一般采用下述措施．　３．１切割叶轮外径　定量确定切割量与泵性能变化的关系．对　泵啻勺设＂者及使用者都是至关重要的问露。现　有文献中介绍的叶轮切割公式差距甚大，一种　使用的　ｕ为：罟＝　式中Ｑ　．Ｈ　～　～车制后的流量、扬程与功率　Ｄ　一切削后的叶轮外径　水泵技术１９９５￣　减　比　８　９７　２９７　７　２‘　ｌ　Ｗ　９　８６　ｎ４２　１　０６．　ｌ２０　０　１　２　７　ｎ峥　Ｏ　３４　ｌ　鲁＝　等＝　ｌ　第三种使用的公式　根据比速不同有所区到　（一）对鲁＜ｏ．６的低比违象，切割挝　时　鲁一ｔ鲁　罟＝ｃ　Ｄ　２　昔＝ｃ　（二）对高比速离心泵　Ｑ　Ｄ！　ｆ　鲁＝【　）ｌ…一　＝（　）　～…　。　２７一　第　四　叼　维普资讯 http://www.cqvip.com

３．２变遗运行　３上ｌ变建运行的节莨效果　由圈９可见，一台泵现在的运行点为Ａ　１２９５ｒ／ａｒｉｎ，ｃ点的轴功率Ｐ２＝Ｐ且　（詈）　－ｌ０舭（　７．７ｋＷ，已知　点的轴功　为１０．８ｋＷ，Ｃ点轴功率减少了３．ＩｋＷ。　点，其流量为Ｑｏ，全扬程为风（转连为１４５０　ｄｍｉｎ），而实际上装置要求的流量为Ｑ：，全扬　程为　｝运行点为ｃ点，ｃ点的转遵可用下　３卫Ｚ　目前常用的变建方法　目　前泵中常用的变遘方法有以下几种：　式求出：　＾２；　再　功事　％口ｌ　圈９不同转建的幕性能壹化　为求出丑点的扬程甄，需先求出通过Ｃ点的　阻力曲线ＣＢ，ＣＢ是通过原点的二次曲线，　菇表达式为　Ｈ　ａｘ　由Ｃ点的Ｑ　得部ｄ　；；ｅ２２．ｓ）／Ｏ．５　；　ｌＯ刚ＣＢ曲线为：Ｈ＝ｌＯｆｇ，二次曲线ＣＢ与　转违　时的性能曲线交点为丑，由圈可求出口　点的蠢量Ｑ１—１．７ｍ３／ｍｉｎ，全扬程甄＝２８　ｎ’　轴功率Ｐ｜＝１０．８ｋＷ．蒋Ｈ　代＾（６）式可得　２８一　（１）采用皮带轮传动．此种传动变为固定　转遘，原来的共用底座要更换，基础螺栓位置　改变，实现转速二次变化较容易。　（２）采用极对数可变的电动机．这种电动　机尺寸要重新考虑。其转速变为固定的．但低　遘和高遵之间的切换在电工技术上是可以实现　的．　（３）可变遘（特殊）电动机，其转遵无级变　化。　（４）液力偶合器转遘无级调节仅改变共用　底座．　（５）变频器：电动机保持原状，从电源一　佣加Ａ变额装置，使用中应注意电动机的热特　性．　参考文献　ｌ丁－鹰伟．离心泵与轴蠢泵原理屋水力设计．机檀工业出糖　社，１９４￣ｉ　２佐尊童男．高田勉　－／连　方　－ｐ工于＾　改善对　田ｊ击＾嗜工丰，　一七　，一。１９８４　３差蠢凡．泵的理论与璇计．机械工业出版杜、１　｛本戈嗣辫张埘胡　水象技术』