王群雁

中國石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院

輸水管道泵機(jī)組的優(yōu)化配置

王群雁

中國石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院

泵機(jī)組是長(zhǎng)輸管道的重要組成部分，為了將輸送介質(zhì)安全、穩(wěn)定地輸送至目的地，需要合理選擇泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行臺(tái)數(shù)及運(yùn)行方式，并充分結(jié)合項(xiàng)目本身特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和泵廠技術(shù)等，確定適合于該方案的泵機(jī)組配置方案。以某輸水管道為例，設(shè)計(jì)了4種不同的水泵機(jī)組配置方案進(jìn)行比選。該項(xiàng)目輸水泵系統(tǒng)配置推薦采用設(shè)置給水泵+外輸泵方案，給水泵汽蝕余量要求≤4m，取水方案采取水池取水?？紤]到國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)已很成熟，費(fèi)用相對(duì)進(jìn)口設(shè)備低，泵機(jī)組效率與進(jìn)口設(shè)備相當(dāng)，建議選用國產(chǎn)設(shè)備。

輸水管道；水泵機(jī)組配置；方案比選

泵機(jī)組作為管道的主要組成部分，合理選擇其配置方案是管道設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。影響泵機(jī)組選擇的因素很多，需要根據(jù)使用地區(qū)的自然條件、項(xiàng)目本身特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和泵廠技術(shù)，經(jīng)過充分調(diào)查研究和科學(xué)論證后，確定所需的泵機(jī)組配置。

1 管道概況及相關(guān)參數(shù)

某在建化工項(xiàng)目，需建設(shè)一條配套輸水管線，將水資源經(jīng)擬建的輸水管道輸送至化工基地廠區(qū)。

管線接收經(jīng)凈化后的黃河水，加壓后外輸至化工基地，線路全長(zhǎng)198 km，設(shè)計(jì)輸量3 100m3/h，管徑DN914mm，管道沿線地勢(shì)起伏較大，距首站96 km處有高點(diǎn)，高程約為1 510m，與首站的高差為510m，所需的泵總揚(yáng)程為740m，采用首站加壓一泵到底的密閉輸送工藝。

2 水泵配置

（1）輸水泵結(jié)構(gòu)形式的選擇。離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、操作平穩(wěn)、流量穩(wěn)定、性能參數(shù)范圍廣、易于制造、運(yùn)行可靠及便于維修等優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)目中輸水泵采用臥式水平中開離心泵。

（2）輸水泵臺(tái)數(shù)的確定。根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，輸水泵所做的有用功約為6 250 kW·h，輸水泵效率按82%考慮，所配電機(jī)的總功率約為8 760 kW。該項(xiàng)目輸水工程按國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行選取，泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)不應(yīng)少于3臺(tái)，本方案設(shè)計(jì)輸水泵按4用1備進(jìn)行配置。

（3）輸水泵運(yùn)行方式的選擇。離心泵機(jī)組的安裝運(yùn)行一般有串聯(lián)運(yùn)行和并聯(lián)運(yùn)行兩種方式。本管道首站輸水主要用于克服高差，同時(shí)當(dāng)單臺(tái)泵出現(xiàn)事故停泵時(shí)，不會(huì)對(duì)出站壓力造成較大的變化，造成高點(diǎn)氣化情況，按并聯(lián)泵配置較為適當(dāng)。

3 泵機(jī)組配置

3.1 泵機(jī)組配置方案

根據(jù)上述泵配置方案分析，按設(shè)置給水泵和不設(shè)置給水泵兩種泵配置方案，提出以下四種輸水系統(tǒng)泵機(jī)組組合方案，根據(jù)水泵廠家提供的資料進(jìn)行比選。

（1）方案一：設(shè)置給水泵，管輸水來自于水池，要求給水泵汽蝕余量不大于4m。

（2）方案二：不設(shè)給水泵，管輸水來自于水池，要求水泵汽蝕余量不大于4m。

（3）方案三：設(shè)置給水泵，管輸水來自于水罐，要求給水泵汽蝕余量不大于7m。

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（4）方案四：不設(shè)給水泵，管輸水來自于水罐，要求外輸泵汽蝕余量不大于7m。

3.2 泵機(jī)組配置方案情況分析

由上述水泵配置方案可知：當(dāng)設(shè)置給水泵、管輸水來自水池時(shí)，給水泵要求汽蝕余量不大于4m，在滿足流量為1 550m3/h、揚(yáng)程滿足外輸泵汽蝕的情況下，湖南天一、佳力科技和魯爾泵廠家均提供了可行方案。各方案給水泵均為低轉(zhuǎn)速泵（1 000轉(zhuǎn)或1 500轉(zhuǎn)），外輸泵均為高轉(zhuǎn)速泵（3 000轉(zhuǎn)）。除湖南天一所配給水泵效率為79%外，其余廠家給水泵效率均不小于85%；各廠家所配外輸泵效率均在82%以上。

當(dāng)不設(shè)給水泵、管輸水來自水池時(shí)，因外輸泵要求汽蝕余量不大于4m，在滿足流量為775m3/h、揚(yáng)程為740m的情況下，各廠家均無法選出滿足要求的泵。湖南天一和魯爾提供方案的汽蝕余量分別為6.5、7.7m，若采用此方案則需提高水池高度或降低泵安裝高度。湖南天一所提方案輸水泵為低轉(zhuǎn)速泵（1 500轉(zhuǎn)），效率為79%；魯爾泵廠家所提方案輸水泵為高轉(zhuǎn)速泵（3 000轉(zhuǎn)），效率為82.4%。

當(dāng)設(shè)置給水泵、管輸水來自水罐時(shí)，給水泵要求汽蝕余量提高至不大于7 m，在滿足流量為1 550m3/h、揚(yáng)程滿足外輸泵汽蝕的情況下，各廠家均提供了可行方案（魯爾泵雖沒提供，但其方案一提供的配置方案可滿足本方案的工況要求）。各方案給水泵均為低轉(zhuǎn)速泵（1 000轉(zhuǎn)或1 500轉(zhuǎn)），外輸泵均為高轉(zhuǎn)速泵（3 000轉(zhuǎn)）。除湖南天一所配給水泵效率為79%、佳力科技所配給水泵效率為85%外，其余廠家給水泵效率均達(dá)到了90%；各廠家所配外輸泵效率均可達(dá)到82%以上（蘇爾壽提供的方案一（外輸泵4用1備）效率為80.8%，但方案二（外輸泵3用1備）為84.3%）。

當(dāng)不設(shè)給水泵、管輸水來自水罐時(shí)，因外輸泵要求汽蝕余量提高至不大于7 m，在滿足流量為775m3/h、揚(yáng)程為740m的情況下，僅湖南天一提供了可行方案，蘇爾壽沒有提供可行方案，其余廠家提供的方案也均不滿足。山東雙輪、佳力科技和魯爾泵提供方案的汽蝕余量分別為7.5、9.5和7.7m，若采用此方案則需提高水罐的基礎(chǔ)高度或降低泵的安裝高度。山東雙輪和湖南天一所提方案輸水泵為低轉(zhuǎn)速泵（1 500轉(zhuǎn)），效率均為79%；佳力科技和魯爾泵廠家所提方案輸水泵為高轉(zhuǎn)速泵（3 000轉(zhuǎn)），效率達(dá)到了82%以上。

3.3 泵機(jī)組配置方案優(yōu)選

方案一、方案三因?qū)ν廨敱闷g要求不高，根據(jù)各廠家所提方案泵效，單位能耗相差不大（蘇爾壽因提供方案揚(yáng)程偏高，能耗偏大）；方案二、方案四因?qū)ν廨敱闷g要求較高，除湖南天一外各廠家提供方案與要求均有偏差，在所提方案下，進(jìn)口泵效率相對(duì)較高，能耗較低。

各廠家對(duì)方案一、三提供方案相近，因此兩方案能耗相差不大；但方案三采用水罐儲(chǔ)水，方案一采用水池儲(chǔ)水，水罐所需費(fèi)用高于水池費(fèi)用，因此方案三建設(shè)費(fèi)用高于方案一，方案三20年可比費(fèi)用均高于方案一。

方案一與方案二、方案三與方案四相比，因方案一、方案三均設(shè)有給水泵，泵機(jī)組總費(fèi)用（給水泵+外輸泵）略高于方案二、方案四，但方案二、方案四為滿足汽蝕要求，部分廠家提供的方案為低轉(zhuǎn)速泵，外輸泵機(jī)組費(fèi)用要高于方案一、方案三的外輸泵機(jī)組費(fèi)用；但方案一、方案三外輸泵效率均高于方案二、方案四，方案一、方案三運(yùn)行能耗低于方案二、方案四；國產(chǎn)廠家的方案一、方案三的20年可比費(fèi)用略低于方案二、方案四；魯爾泵因設(shè)備費(fèi)用偏高，其方案一、方案三的20年可比費(fèi)用略高于方案二、方案四。

水池方案與水罐方案相比，水池費(fèi)用較低，日常修護(hù)量少，但要根據(jù)地質(zhì)條件考慮水池基礎(chǔ)處理、抗浮措施、表面敷土、降水等，增加施工建設(shè)難度；水罐方案費(fèi)用較高，日常修護(hù)量大，根據(jù)地質(zhì)和環(huán)境條件考慮水罐基礎(chǔ)處理、防腐、保溫、伴熱等，增加施工建設(shè)和日常維修難度。水罐方案對(duì)泵的汽蝕要求相對(duì)較低，水池方案對(duì)汽蝕要求較高，但在設(shè)置給水泵情況下2種方案均可滿足生產(chǎn)要求。

綜合考慮工程一次性投資、運(yùn)行能耗、運(yùn)營(yíng)成本，以及運(yùn)行的安全可靠性等因素，推薦采用方案一泵機(jī)組配置方案作為本工程輸水系統(tǒng)動(dòng)力方案，并確定采用建設(shè)儲(chǔ)水池方案作為首站儲(chǔ)水方案?？紤]到國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)已很成熟，費(fèi)用相對(duì)進(jìn)口設(shè)備低，泵機(jī)組效率與進(jìn)口設(shè)備相當(dāng)，建議選用國產(chǎn)設(shè)備。

3.4 確定泵機(jī)組配置方案

通過上述分析，該項(xiàng)目輸水泵系統(tǒng)配置推薦采用設(shè)置給水泵+外輸泵方案，給水泵汽蝕余量要求≤4m，取水方案采取水池取水。泵機(jī)組配置方案如下：給水泵按2用1備并聯(lián)設(shè)置，流量為1600m3/h、揚(yáng)程為40m、效率≥82%；外輸泵按4用1備并聯(lián)設(shè)置，流量775m3/h、揚(yáng)程720m、效率η≥82%。

4 結(jié)論

輸水管道泵機(jī)組的選擇，所受影響因素較多，如選擇不當(dāng)會(huì)造成投資和能源的浪費(fèi)。以某輸水管道為例，在選型中結(jié)合工藝計(jì)算、總圖布置、經(jīng)濟(jì)效益及水泵廠家的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)了4種不同的水泵機(jī)組配置方案進(jìn)行比選，來確定最優(yōu)配置方案，使之達(dá)到既投資經(jīng)濟(jì)又節(jié)約能源、便于使用維護(hù)的目的，為泵機(jī)組優(yōu)化配置提供了一個(gè)便于操作的模板。

（0516）83457152、13813456336@126.com

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.025

王群雁：2004畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)在中國石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院工作。