循环水泵能耗降低创新

马永明

摘要：循环水泵是工业生产中重要的一环，是工业生产能耗降低的必要组成。本文以神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目循环水场中的水泵为主要分析对象，围绕循环水泵应用中的能耗降低创新思路进行分析和探讨，希望可以为循环水泵的实际应用效率提升提供一些参考。

关键词：循环水泵；能耗；降低

引言

循环水泵是现阶段广泛应用于工业、农业、市政领域的泵机，其中双吸离心泵具有流量大、扬程高、泵送效率高等多个优势，是诸多企业和项目的优先选择对象。目前，国内的循环水泵在设计和应用中还有一定的优化空间，本文从设计和实际应用入手探讨循环水泵能耗降低的创新思路。

1 循环水泵工作环境及其工作参数

神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目中配套装置循环水场，负责向油品合成装置、合成气、净化装置、甲醇合成装置、脱硫装置、空分装置等生产装置提供循环冷却用水，以满足项目的安全生产所需，达到《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）。循环水场的水源来自项目附近水库，经过水处理厂处理后，经加压泵站输送入项目用水，满足生产用水水质标准要求。项目循环水场规模为84000m³/h，包含两个系列。系列一为空分林德装置提供循环水冷却生产，规模40000m³/h，包含10座冷却塔及6台循环给水泵，冷却塔设计干球温度28℃、湿球温度23℃，供水温度30℃、压力≧0.45MPa.系列二为空分杭氧装置和空压站装置提供循环水冷却生产，规模42000m³/h，包含11座冷却塔及9台循环给水泵，冷却塔设计干球温度28℃、湿球温度23℃，供水温度30℃、压力≧0.50MPa.G，回水温度42℃、压力≧0.25MPa.G。水厂包含补充水环节，水源来自生产水280m³/h、初级再生水287m³/h和优质再生水，优质再生水备用。

循环水场中的给水泵包含透平驱动卧式双吸离心泵2台，扬程52m，能力10590m³/h；卧式双吸离心泵4台，2用2备，扬程52m，能力10590m³/h。水泵均采用半地下安装方式，启动采用自灌式。

2 循环水泵技术描述

循环水泵采用双吸叶轮、单蜗室结构，经过严格的动平衡实验，可保证理论上泵的轴向力为零、径向力减小到最小；采用重载滑动轴承和油环润滑模式，搭配油室中通冷却水的设计，有效降低了轴承在运行中的磨损程度，延长轴承的使用寿命。循环水泵的叶轮在双吸结构的基础上进行了优化设计，两侧叶片交错布置，应用“大流量双吸离心泵压力脉动调控与节能关键技术”改变液体流出叶轮的频率，降低水力频率，消除叶轮运行中的脉动现象，不仅有效降低了循环水泵运行中的噪音和振动，还降低了叶轮因振动而产生的磨损，延长了水泵叶轮的使用寿命。循环水泵轴承体设有固定式放气塞，由三层过滤网、60°向下呼吸孔组成，可及时排出轴承体转子运转产生的油池溶解气体和热量，一方面保证轴承体中润滑油的性能，另一方面简化了循环水泵轴承的保养和清洁难度，不必忧心保养和清洁过程中造成润滑油乳化。

3 循环水泵能耗降低创新思路

双吸离心泵近年来在工业供水、水处理系统等领域中发挥了重要作用，具有扬程高、流量大、可配功率偏大、泵送效率较高等优势，成为各领域企业、工厂的主要选择对象之一。但目前，我公司所使用的双吸离心泵在水利性能、效率、节能方面距离国际优秀的循环水泵还有一定的距离，在使用中发现叶轮转子存在气蚀现象比较严重，导致叶轮穿孔，造成了能耗高，维修费用高，有必要进一步优化设计，实现水泵能耗降低、性能提升、效率提升、降低维修成本。

3.1 解决循环水泵叶轮转子气蚀现象

3.1.1 适当增大叶轮进口直径

适当增大叶轮进口直径，可增大叶轮进口的有效面积，从而达到减小进口流速，降低气蚀现象的目的。增大叶轮进口直径时，需结合循环水泵壳体、轴面尺寸进行计算，在4.5~5.5范围内取值，同时进口颈部和轮毂直径在必要时都可进行相应调整，共同提高循环水泵的抗气蚀性能。若能配合该用抗气蚀性能更优秀的才老，可进一步改善气蚀现象。

3.1.2 适当增大叶片进口宽度

气蚀现象最初通常在进口边靠前的盖板处发生，后逐步向叶轮转子处蔓延发展。适当增大叶片进口处的宽度，可通过提升过流面积来降低速度，相当于延长了气蚀现象从盖板处蔓延到转子的距离，可延迟因气蚀现象导致断裂工况的发生。单纯加宽叶片进口的效果可能较差，可与增大叶轮进口直径相互配合，避免单独增加叶片进口宽度导致流道面积变化不规则，避免水利损失过大，有效改善气蚀现象。

3.1.3 调整叶片进口的安装角

叶片进口安装角度>液流角度是常规设计，此时流体以正冲角进入叶片。正冲角在3~8°范围内时，能够有效降低气蚀现象，且不会显著影响循环水泵的泵送效率和扬程。正冲角不可超过8°，超出会导致叶片进口安装角度过大，反而降低泵送效率，影响循环水泵叶轮转子的抗气蚀效果。叶片进口边可适当向吸入口方向延伸，使叶片与轴线的倾角在30~40°之间，增加叶片的面积。面积增加可适当减弱叶片面积上的扬程载荷，适当调整叶片正面和反面的压力。叶片前伸和面积增加，可相应降低叶轮的圆周速度和相对速度，使循环水泵的扬程曲线变得更加平滑，有效降低气泡阻碍流道或挤压爆裂的可能性，降低气蚀现象发生的概率，提升循环水泵的安全性。

3.1.4 适当降低叶片进口厚度

叶片进口厚度下降，使叶片贴近流线型，可降低发生气蚀现象的概率。厚度更薄的叶片配合上叶轮进口处<90°的正预旋，可降低气蚀余量，提升循环水泵的抗气蚀效果。若能够该用更优质的材料制作叶片，使叶片变得更薄，可继续降低汽蚀余量。

3.1.5 合理增大前盖板转向半径

前盖板转向半径适当增加，可相对减小其曲率，相对减弱转弯处的离心力，使流过前盖板的液流变得更加平滑、匀速，从而降低产生气囊和气泡的概率。合理增大前盖板的转向半径，不仅不会影响循环水泵的泵送效率，还能够在一定程度上保证效率和扬程。

3.2 预防循环水泵叶轮转子气蚀现象

3.2.1 管理预防措施

循环水泵发生气蚀现象的原因在于空气进入叶轮，在泵内形成气囊阻碍流道或因高压爆裂损伤叶轮叶片。在实际循环水泵的使用中，管理人员需确保循环水泵的吸水池水位始终高于安全限制，减少循环水泵进口处吸入空气的可能性，可有效消除气蚀产生的环境基础，提高循环水泵的运行安全性。

3.2.2 检修预防措施

检修人员在检修循环水泵时，需对流道内部进行彻底除锈、砂轮打磨、涂刷贝尔佐纳1341金属修补防腐蚀剂，提高水泵内流道表面的光滑、干净程度，提高水泵内部抗气蚀的能力。还需对叶轮进行打砂喷丸+涂刷环氧树脂，提高叶轮的抗气蚀、抗腐蚀性能。检修人员若遇到腐蚀较为严重的叶轮需要更换时，需注意新叶轮的直径、重量与原有叶轮的一致性，还需注意新叶轮材料的组织均匀性、表面光洁度、硬度、韧度、强度、化学稳定性，避免更换新叶轮导致循环水泵运行出现不稳定现象。新叶轮更换使用前需做好表面辅料保护层处理，用涂抹环氧树脂、高分子聚合材料或喷涂合金粉末等方式，保护叶轮表面，提高叶轮的抗气蚀能力。

4 结语

综上所述，循环水泵是工业循环水场中的重要组成部分，其实际能耗和使用能耗直接影响着工厂的节能降耗效果，影响着企业的生产成本和生产效益。本文选择神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目中的循环水场水泵进行能耗降低的探讨，从优化设计的方式、水力性能实验以及在循环水场中的安装使用进行讨论，目的在于提高循环水泵的设计性能，提高循环水泵的实际泵送效率，在循环水场中发挥出更大的作用。

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