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。