离心泵的节能改造及前景

离心泵的节能改造及前景摘要：简要介绍水泵节能改造的重要性，提出了泵的节能改造是全方位的系统工程，应对设计、选型、制造、安装、运行、操作、维护等多方面综合因素考虑，针对泵在不同阶段实施不同的节能方法；列举了泵节能改造的方法、途径、措施方案，以及泵节能的发展前景。一、前言在国民经济各个领域生产实践中及人们的日常生活中，到处都需要使用大量的各式各样的泵，到处都有泵在运行。正是这样，所以把泵列为通用机械，它是机械工业中的一类重要产品。据统计：泵系统耗电量约占到全世界发电量的20%和工业系统用电量的25-50%。在我国，泵的用电量约占全国用电量的20.9%。工业领域：泵系统耗电约占工业系统能耗20%以上。目前，各行各业正在积极开展和推进各项节能减排工作，也包括量大面广、节能潜力巨大的各类泵的节能改造。水泵的节能，固名思义就是能够节省能耗的水泵，即提高水泵本身的效率、长期稳定运行从而使得能耗降低。泵的节能及改造是全方位的系统工程，应从设计、选型、制造、安装、运行、操作、维护等多方面综合因素考虑，根据泵的可改性和节能显著性、经济性、预期节能效果分析，寻找节能和改造的切入点，对泵实施不同的方案进行节能和改造。通过节能改造应提高泵运行的可靠性(即：泵在规定的条件下、规定的时间内完成规定功能的能力)和经济性(即：泵运行处在综合效率最高段)。二、泵的节能改造方法和途径1、泵的节能方法首先是设计阶段。应选用优秀的泵水力模型设计出符合生产装置需要的泵类产品，不给以后的选用、操作使用留后患。其次是选用阶段。充分了解所输送的介质特性(名称、温度、浓度、粘度、比重、燃点及结晶点等)和整个工艺装置的运转特点，详细了解工艺参数的最大值、最小值、正常值，以及管路、阀门的正确选定。综合以上因素，根据装置实际所需要的参数性能和介质特性对材料的要求，选用合适的泵类系列和具体规格型号。所选定泵的规格型号的设计参数与装置所需参数不能相差太大或太小，两则越接近越好应尽量相吻合。再次是制造阶段。从大面上应严格按标准规范、技术协议、工艺要求进行制造、监造。从细节上要求泵应选用与介质特性相匹配的材料制作过流件，泵体进口与叶轮口环间隙应符合标准值，叶轮流道与泵体出口应对中，以避免腐蚀发生和泵的水力、容积损失。此外，合理选用泵的轴封形式，良好的摩擦配对可减少功率的消耗和电偶腐蚀。最后是运行阶段。影响水泵及其系统能耗的因素有流量、扬程、运行时间、系统各环节效率等。应结合使用工况的实际合理选用泵类，避免由于使用条件、运行方式、安装及维护方法的不当，使泵的运行效率偏离设计效率值导致的能源浪费。要强化对员工的安装、操作与维护技能专业培训，提高员工的节能意识和技能水平，极大地调动员工参与节能工作的积极性。做到泵运行期间加强对运转情况的巡视，发现异常及时排除也是最好的节能方法。2、泵的节能途径水泵的节能可以分解成泵本身节能(前提)、系统节能(关键)和运行节能(最终体现)三个方面。⑴、泵本身节能。在泵结构类型选定之后，可以认为机械损失和容积损失基本不变，节能重点应放在减少泵内水利损失上。一般采取以下措施：⑴采用先进的计算机辅助设计方法。⑵选用国内外优秀的水利模型设计制作。⑶提高加工精度，减少泵过流部件表面的粗糙度，降低摩擦损失；合理选择缝隙处摩擦零件的材料，提高抗咬合和耐磨性；恰当处理间隙值，减少容积损失。⑷积极开展水泵的可靠性研究、设计、试验、管理，提高泵的可靠度和平均寿命。⑸合理选择过流件材料，延长易损件使用寿命，使泵达到好用、耐用。⑹提高泵的三化(标准化、通用化、系列化)水平，开发机电一体化的泵类节能产品，以提高效率，节约资源。⑵、水泵系统的节能。开展系统工程设计时，切实加强设计单位与制造、使用单位的交流沟通，避免层层加码使泵的铭牌参数和实际运行参数存在较大差距，造成运行效率低下，能源浪费严重的现象。应使系统各组成环节的匹配达到最佳，如：泵、电机、阀门、管网结构(如：直管、弯管、变径管、管接头等)、相关附件(如：变频器、启动柜等)以及连接方式、上下游关系等。⑶、水泵运行节能。要根据工艺流程的变化对泵适时进行调节，在调节中要注意能量回收利用，减少能量无谓的消耗，尽量不用阀门节流方式调节。根据现有成熟的泵运行节能技术，采用变角、车削、变频调节、变速调节或串并联、大小泵搭配的方法加以解决。叶片变角调节，合理确定叶片安装角时，在满足工艺所需的扬程下，使水泵能够在高效区范围内工作。叶轮直径车削调节，利用减小叶轮直径来改变水泵性能的流量、扬程、轴功率等参数。这是一种简便、经济的节能措施，但车削叶轮外径也是有限度的，只能在规定的许可范围内进行。而且此种方法是不可逆，即切削后的叶轮不能再复原了。③变频调速节能技术是利用变频器调速，通过工况的变化而输入相应的电能，以达到降耗的目的。此方法适用于较大型的管网系统，而且要求系统压力及流量经常有变化；但在实际运用中存在较大的局限性，投资成本大，运行成本相对较高。对于压力和流量相对稳定的泵系统来说，此种方法无疑是不可取的。三、泵的节能措施及实践在工业生产实践中，泵保证了生产秩序的持续稳定进行。但是，这些泵在实际运行中存在着大量的能源浪费问题，诸如：泵配功率偏大的“大马拉小车”的现象；泵不在“额定性能点”或“最佳效率”区域运行的现象；泵的使用有“拉郎配”式随意的现象；泵的结构不合理，机械效率低的现象；泵的过流件材质选用不当的现象等。针对以上泵运行存在的问题，有的是单项存在，有的是多项并存，需认真研究区别对待，针对不同的情况采取不同的改进措施，制定合理的改造方案。现就对泵的一些节能改造方法略举二例共同分享。1、泵的设计选型改进某化纤公司是国内产量较大的黏胶纤维生产企业之一，所用的碱夜输送泵使用的是国内某知名企业的不锈钢碱泵。过流件选用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质制造，泵和电机在共用底座上通过联轴器传递动力，适配功率较大。泵的机械效率低、损耗大，零部件多，结构复杂、维修不便、初始采购费用大、运行成本高、维护成本高、运行时间久了且有碱脆现象发生。2005年，在扩产改造中需26台输送碱液的泵,要求泵的性能参数为流量Q:100m3/h，扬程H:32m，输送介质为含量40%的氢氧化钠，温度低于40℃。真对不锈钢泵存在的缺陷问题确有必要进行改近，以降低初始的采购费用和实际运转中的运行及维护费用。根据工艺要求介质特性，结合金属腐蚀的规律，可选用灰铁材质的清水泵，且价格低廉，配件易采购；但大多泵轴封结构使用填料密封形式，泄漏量大，污染环境，且碱液浪费，不适合选取。针对以上问题，结合泵的构造和腐蚀与防护知识，制定合理的改进方案。根据金属铸铁在碱液中的腐蚀规律，常温下铁和钢在碱液中具有稳定性，即：碱溶液中无氧，铸铁在碱性(PH:7～10)溶液中能够在金属表面生成保护膜，腐蚀性很小且是均匀的，可通过增加基体富裕量解决，故过流件选用铸铁材质输送特定的碱液其耐腐蚀性是良好的。根据生产实际，本着勤俭节约的精神和修旧利废的原则，在传统的IS系列泵的基础上，对泵的结构形式和轴封的结构形式进行大幅度改进。设计制作为机械密封结构的ISZ100-80-160型铸铁材质的直连式离心泵。把传统的泵和电机在共用底座上通过联轴器传递动力的“长”泵改为便维直联式“短”泵。该泵的优点是：使其比传统的IS型泵占地面积小；由于零部件少，结构简单，泵轴与电机轴通过莫氏锥连接可以分开，检修和维护方便；节约了初始采购成本，减少了停泵维修次数、降低了维护成本。轴封形式采用机械密封结构，选用与介质匹配相适合，满足碱液输送的橡胶波纹管保护套内装机封，动、静环采用即耐腐又耐磨的镍铬合金作为作为动、静环摩擦配对，以满足该工艺对泵的要求。目前，该类泵已使用七年多，运转效果良好，很少更换配件，包括机械密封。现该类泵已得到推广使用百余台，减省节约了采购资金、减低了运行和维护费用，实现了节能改造的目的。2、泵的密封结构形式改进某化工企业使用IS200-150-400型3台循环水泵通过喷射器抽取真空，原结构形式为传统的卧式离心水泵，性能参数为：流量Q:400m3/h，扬程H:50m，配用N:90KW，工作电流165A。该泵和电机在共用底座上通过联轴器传递动力，密封形式为填料密封。此泵占地面积大，零部件多，在运行中机械阻力大、效率低、功耗高，填料密封处泄漏量大造成污染环境，泵件腐蚀严重需经常停泵更换。根据节能改造计划需对该泵实施节能改进，由于系统对工艺性能参数和管路的要求无法改变，只能在泵满足现行工艺性能参数的前提下，对泵的结构形式和密封形式进行改进。鉴于此采取利用原来的泵体、叶轮和电机，将填料泵盖改为机械密封式泵盖，更换连接架和底座，改造成轴封为机械密封结构的ISZ200-150-400便维式离心泵。由于主要过流件没有改变，只是降低了摩擦部位的无用功耗，减少了动力传递损失，经投入运行验证，在满足原工艺性能参数并与之相同的条件下，实际运行电流小于149A，比老式泵运行电流165A减少了16A，达到了节能的目的。该泵所处工况为连续运转，以工业用电0.68元/kw/h计算，一天可节约电费261.12元，连运行一年该泵可节约电费95308元，是泵初始投资的三倍多。3、节能离心泵的推出通过将老式离心泵改造成为便维式离心泵已申报专利)后，泵的结构紧凑、零部件减少(无悬架、支架、轴承、油封、轴承压盖、联轴器及弹性块)等,无需添加润滑油。可减少维修次数，节约泵的维修费用和运行费用。泵轴与电机轴能够分开,保持了泵和电机各自的完整性，检修方便，叶轮等转子部件检修或更换，无需拆卸与泵连接的管道，也不用拆卸电机转子，只需松开中间连接架和拉紧螺栓(或锁紧螺母，将电机整体后移即把泵轴与电机轴分开，检修或更换配件十分方便。泵的密封结构形式也可以多样化，能满足不同介质特性对机械密封的各种要求。由于改变了动力传递方式，减少了摩擦阻力损失，提高了机械效率，泵系统的整体效率亦有提高。泵占地面积小了，减少了基建投资。结构紧凑、零部件少了，降低了初始采购费用、运行成本和维护费用。该泵是集经济性、可靠性、稳定性、便捷性于一体的新型机电一体化泵产品，极具推广价值。四、泵节能的发展趋势根据日新月异的经济发展对泵的需要，泵产品系列应向多元化发展。主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的独特性等方面。开发高效、节能、环保等高附加值、高可靠性、高科技含量的离心泵，是泵行业发展的方向。泵设计人员应与制造企业、使用单位有机结合，实现产品系列的多元化。通过机电一体化方法，开发高效节能、体积小、重量轻、自动化、智能化程度高的产品，提高泵的可靠性和泵的运行效率。不断探索采用材料、新工艺、新技术，提高泵在设计、生产、制造、试验、安装、调试、运行、维护和检修等各个环节密切配合；解决泵的耐高温、耐腐蚀、耐磨损问题。重视泵的维护和保养，记录运行的各项指标、长期跟踪、监测和记录，作为泵开发和性能完善的依据。目前泵行业的节能技术比较成熟，但节能诊断、技术推广做得还不够，主要是市场不规范、信息不通畅。随着国家节能减排政策的日臻完善，合同能源管理方式的不断推进，泵使用单位与节能服务公司将会更好地紧密结合，定会创造出泵节能工作的辉煌佳绩。