集输系统离心泵运行效率分析与增效措施探究

摘要:集输离心泵运行效率是指在给定的管道系统中,机泵进行输送作业所消耗的有用能量与总输入能量之比,或有用功率与输入功率之比,即系统效率,它是泵组能耗的重要标志,它受到如机泵的设计、制造、机泵型式、机泵性能规格、运行操作等因素的影响。离心泵具有运转平
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  摘要:集输离心泵运行效率是指在给定的管道系统中,机泵进行输送作业所消耗的有用能量与总输入能量之比,或有用功率与输入功率之比,即系统效率,它是泵组能耗的重要标志,它受到如机泵的设计、制造、机泵型式、机泵性能规格、运行操作等因素的影响。离心泵具有运转平稳可靠、维修工作量少、效率高、调节方便等特点,因而是输油泵站的主要动力设备。目前,离心泵的动力消耗还有一定的浪费,离心泵节能仍有一定潜力,如何提高泵的运行效率,已成为节能技术的一个重要课题。
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  关键词:输油泵站;运行效率;变频调速;节能技术;节能降耗
  离心泵是输油泵站的主要动力设备,其运行效率直接影响输油成本。为了减少输油动力费用,降低输油成本,有必要对离心泵运行效率及其影响因素进行分析,从而探讨提高离心泵运行效率的具体措施。结果表明,变频调速节能技术是实现输油泵系统节能降耗的有效技术途径。
  1 离心泵运行效率及其影响因素
  在集输运行系统中,动力费用占输油成本比例较大,如何将动力费用降低,是降低输油成本的关键因素之一。研究离心泵的节能降耗有益于降低输油成本。
  1.1 泵的设计制造。机泵的设计是否合理、加工精度的高低、装配质量的好坏,是决定机泵能量利用水平和能耗大小的决定因素,不但直接影响机泵的额定效率,而且对机泵的选择和运行也有重要的影响。
  1.2泵选型。泵的选择尽量使理论切合实际,使机泵的运行符合实际需要,使泵的设计流量和泵的扬程靠近泵的额定值,使泵的实际工作点靠近额定点,在泵的高效区工作。不应该盲目加大选泵的裕量。电机的选择应与泵机匹配,避免出现大马拉小车的现象。电机负载率低,会使电机功率因数下降,增加了无功损耗,造成输电线损增加。机泵运行状况的好坏受很多因素的影响,除了机泵自身的因素、选择是否合适等原因外,主要取决于操作条件是否经济,调节方法是否合理。
  2 变频调速技术
  2.1变频调速技术的节能原理
  由泵的有效功率:N=PQ (1)
  式中:P―泵的出口压力;Q―泵的流量。可知:泵的有效功率N与泵的出口流量Q和出口压力P成正比。泵的流量Q大,则加压水泵的有效功率N就越大,泵消耗的电能就多,反之,则泵消耗的电能就少。我们知道,离心式水泵的流量Q与泵的转速n有关,对同一台泵而言
  Q1/Q2=n1/n2 (2)
  即流量Q与泵的叶轮转速n成正比,泵的转速低,则泵的流量就减少。普通水泵是由交流电动机驱动的,交流电动机的转速与供电频率有关:如果均匀地改变供电频率f,则电动机的转速n就可均匀地改变。通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速,达到节省电能消耗的目的。
  2.2 离心泵变频调速节能技术优势
  变频调速节能技术在国内外泵行业发展很快。实践证明,利用变频器调速,节能效果十分明显。泵采用变频调速电动机后除节能效果明显外,主要还有以下几方面的优点:(1)调速效率高,是一种高效调速方式,节能效果显著,投资回收期短。一般说来,泵采用变频调速技术后,约可节能30%~40%。(2)调速范围宽,并在整个调速范围内均具有较高的调速效率。(3)实现了离心泵的自动调节控制,达到供水的动态平衡,水泵转速实现平滑调节。(4)实现软启动,泵启动时对电网的冲击小,停机时可实现软停车,防止系统出现水击现象。(5)可有效延长泵及相关调节阀、管道的使用寿命,减少维护费用,为装置长周期运行创造了条件。(6)变频调速系统可实现在线实时监视泵运行电流、电压、运行频率、运行转速等技术参数。(7)在一定程度上可降低装置噪声,改善工作环境。
  3 提高运行效率的方法
  离心泵节能降耗的核心是提高泵的运行效率。离心泵运行的工况点决定了泵运行效率的高低,而要提高离心泵运行效率就要用技术的手段调整离心泵的运行工况点,使离心泵工况点在最高效率点7%左右即高效区运行。从理论上讲,调整离心泵的工况点的方法有两大类:(1)改变管路特性曲线的措施有:①入口节流。由于离心泵的气蚀问题,该方法是不合理的,因而很少采用入口节流。②旁路回流。旁路回流适用于轴功率随流量增加而减少的泵。③出口节流。出口节流是改变离心泵管路系统特性曲线应用最多的方法,最简单的方法是将调节阀安装在排液管路上进行流量调节,其不足之处为,系统的效率会降低,系统的功率会减小,节流调节会导致节流损失,造成了能源的极大浪费。通过分析长春输油管理处的统计数据,发现个别站节流损失竞达到了0.3MPa。(2)改变离心泵性能曲线的方法的实质是去除离心泵在系统运行中的多余扬程,①切削叶轮外径,使离心泵性能曲线向下移,工况点也等效下移。切削叶轮虽是一个有效的办法,但叶轮切削后就不能恢复了,并且需要精密的机床设备,而且只能减少流量,不能增大流量,使用范围受到限制。②减少泵叶轮级数,使离心泵性能曲线向下移,工况点也下移。多级泵减少级数只能是整体拆除,而且只适合于工况相对稳定的情况。③淘汰效率低的泵,根据泵所需扬程和流量更新泵。这需要对管-泵系统进行重新设计、选型,投资较大。④改变叶轮转速,便离心泵性能曲线向下移,工况点下移;在满足所需扬程和流量的前提下,实行降速运行。改变管路特性曲线的方法,因耗能不宜采用。而改变离心泵性能曲线的方法作为节能技术被广泛采用。从上述分析可以看出,提高机泵扬程利用率,减少节流损失,提高泵的运行效率,提高电机的运行效率和负载率,是离心泵节能的重要方面。随着变频调速技术的迅速发展和日趋成熟,高质量的变频调速系统已经可以满足石油化工企业各个领域的需要。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势,已成为电力拖动的中枢设备。应用变频调速技术也是企业改造挖潜、增加效益的一条有效途径。
  4 结束语
  通过对提高离心泵运行效率实现节能降耗的各?N方法的比较,确定了变频调速技术为提高离心泵运行效率的有效技术;因而变频调速节能技术是实现输油泵系统节能降耗的有效技术途径。
  参考文献
  [1]永磁式调速装置离心泵节能技术的应用与研究[J].刘文科,孙长飞,查辅江.节能.2016(12)
  [2]离心泵变频调速与调节阀组合控制设计方案探讨[J].刘秀琴,张少鹏,张道光.石油化工自动化.2013(01)

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