提高大型轴流泵高效运行的对策

2023-01-24

1. 循环水泵简介

化肥厂动力储运车间有四台大型循环水泵, 属于小扬程、大流量轴流式离心泵, 担负着丙烯酸主装置和公用工程循环水的正常供应, 为动力储运车间关键设备。该设备能否长周期运行, 直接决定着丙烯酸主装置的安全平稳运行。循环水泵的型号为800HR, 电机功率1000 KW, 额定流量4500m3/h, 扬程56m, 生产厂家为上海凯泉水泵厂, 2007年5月正式投运。

2. 循环水泵使用现状

该泵自07年5月投运后, 出口阀门开度 (电动蝶阀控制) 只能达到25%左右, 此时单台泵的流量仅能达到3100 m3/h左右, 电机实际功率已达到1000KW, 而流量无法达到额定流量4500 m3/h。

3. 原因分析

3.1 循环水泵运行效率低下原因

因设备较大, 出厂时无法做台架实验。现场安装后, 只能在小流量、高扬程工况下运行, 流量无法达到额定值, 泵的运行效率低下, 经核算后, 只能达到50%左右。

3.2 电机定子温度高的原因

电机长时间在满负荷或超负荷状态下运行, 是造成电机定子温度持续偏高的主要原因。

4. 解决对策

4.1 对循环水泵叶轮进行切削, 改变泵的性能曲线

4.1.1 泵和管网的联合运行曲线

泵和管网的联合运行曲线如图所示:循环水系统的管网特性曲线Ⅰ, 按照4500 m3/h流量运行, 扬程应为HA, 如图中A点, 水泵的特性曲线如Ⅳ所示。但设计时按照B点 (4500 m3/h, 0.56MPa) 扬程选用水泵, 其特性曲线如图Ⅱ所示, 工作点将变到C点, 在C点水泵所消耗的轴功率远大于B点所耗轴功率, 电机电流将超载 (125A) 。

4.1.2 循环水泵叶轮切削计算

当泵在出口阀门开度为25%状态下运行时:

泵的出口压力P出=6.3kg/cm2, 流量Q=3100 m3/h, , 实际运行电流I运行=109A

当泵在出口阀门全开状态下运行时:

实际运行电流I'=124-126A, 实际电压U=6300V

叶轮原始直径:D1=920mm, 电机参数:cosΦ=0.87, μ=95%

根据叶轮切割定理, 计算如下:

电机最大输出功率:Pmax=1.732×U×I'×cosΦ×μ≈1120KW;

电机最佳输出功率:P=1.732×U×I运行×cosΦ×μ≈980KW;

切削后叶轮直径:

切削量为:D1-D2=40mm

4.1.3 解体检修, 实施叶轮切削

自08年4月份开始, 至2011年11月, 利用3年时间, 相继对4台循环水泵逐一进行了解体检修, 并对叶轮实施了切削。

4.1.4 叶轮切削后泵和管网的联合运行曲线

叶轮切削后泵性能曲线变为Ⅲ, 水泵工作点由C点移到D点 (4600m3/h, 0.45MPa) , 水泵流量大幅提升, 达到并略超额定流量, 扬程下降, 轴功率降低 (980KW) , 电机电流为99-103A, 运行效率大大提高。

4.2 电机增设冷却风扇

每台循环水泵设计了一台冷却风扇, 并配备单独电机驱动。电机定子温度设置了六个联锁点, 当任何一点温度超过145℃, 泵即联锁停车。因电机长期在满负荷状态下运行, 电机定子温度居高不下。为防止温度高而联锁停机, 延长电机使用寿命, 避免电机故障频发, 我们在原冷却风扇的对侧, 增加了一台冷却风扇, 同时也单独配备一台功率为4KW的电机驱动风扇。

4.3 实施开二备二, 提高水泵运行效率

通过实施叶轮切削和增设冷却风扇改造后, 现已实现两开两备, 即开两台泵和原来开三台泵的流量相当, 完全能够满足生产需求。现水泵出口阀门全开后, 电机实际功率仅为980KW。不仅大大减小了电机负荷, 降低了电机定子温度, 且大大提高了水泵运行效率, 实现了该设备的高效、经济、平稳、安全运行。

5. 结语

现代企业大力倡导节能、节水。作为基层设备管理者, 通过对循环水泵叶轮切削和增设冷却风扇改造及实施开二备二方案后, 完成了少开一台水泵还能满足主装置工艺需要的节能目标。提高了循环水系统的备机能力, 延长了设备的使用寿命, 增强了装置的安全稳定运行能力。

摘要:根据大型轴流式离心泵使用现状, 分析了循环水泵运行效率低下和定子温度高的原因。利用叶轮切割定理, 通过计算, 对循环水泵叶轮进行了切割, 并对电机增设了冷却风扇。有效解决了循环水泵效率低下及定子温度高的难题。

关键词:循环水泵,叶轮切割,冷却风扇,运行效率

参考文献

[1] 高慎琴, 化工机器[M]北京:化学工业出版社, 1992.294-333.

[2] 李家民, 炼化设备手册第一分册[M]兰州:兰州大学出版社, 2008.417-437.