周金偉

（陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西榆林 719000）

0 引言

當(dāng)前，工業(yè)發(fā)展的外部環(huán)境和內(nèi)在動(dòng)力都正在發(fā)生重大的結(jié)構(gòu)性變化，在嚴(yán)峻的市場環(huán)境中，提高生產(chǎn)設(shè)備的可利用率和可靠性指標(biāo)，已成為企業(yè)提高競爭力和持續(xù)健康發(fā)展的重要工具。從糾正性維修到預(yù)防性維護(hù)，觀念轉(zhuǎn)變，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性管理。設(shè)備可靠、技術(shù)先進(jìn)、降低消耗，使設(shè)備管理的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

陜西延長石油榆林煤化有限公司（簡稱“榆林煤化”）是陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司旗下的一家集煤、油、氣、化、電綜合轉(zhuǎn)化利用的大型能源化工企業(yè)。2009年注冊(cè)成立，注冊(cè)資金40.5億元人民幣，位于榆林市榆橫工業(yè)園區(qū)。主要從事甲醇、醋酸、油品等煤化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和銷售，并受集團(tuán)公司委托管理延長石油榆神能源公司和延長益業(yè)籌建處。截至2016年，榆林煤化公司資產(chǎn)總額為47.56億元人民幣，從業(yè)人員1089人。

公司年產(chǎn)20萬t甲醇，20萬t醋酸項(xiàng)目，于2011年4月建成投產(chǎn)，2012年1月轉(zhuǎn)入生產(chǎn)經(jīng)營，同年建成年產(chǎn)5萬t的CO2提純裝置，2014年經(jīng)升級(jí)改造，醋酸年產(chǎn)能達(dá)到30萬t，甲醇產(chǎn)能達(dá)到25萬t，2015建成年合成氣制油15萬t示范裝置。公司目前還有多個(gè)正在建設(shè)和規(guī)劃論證的項(xiàng)目，已成為延長石油集團(tuán)在煤化工領(lǐng)域的重要投資窗口。榆林煤化公司將形成以榆神、榆橫兩大園區(qū)為產(chǎn)業(yè)載體，年轉(zhuǎn)化煤炭3000萬t以上、利稅156億元人民幣的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模，成為延長石油集團(tuán)重要的利潤增長點(diǎn)和多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的示范基地。

由于裝置已運(yùn)行多年，就泵類設(shè)備而言，不免也存在各種問題。反映在設(shè)備上，具體表現(xiàn)為振動(dòng)、噪聲大，或機(jī)泵出口閥限量，設(shè)備管線沖刷大。為此，對(duì)泵類設(shè)備（機(jī)泵本身、工藝管道）能量進(jìn)行核算，盡量使機(jī)泵處在高效工作區(qū)內(nèi)或者接近高效工作區(qū)的相應(yīng)工作點(diǎn)，從而獲取最大經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)泵工作點(diǎn)與高效工作區(qū)

在離心泵和管路等組成的系統(tǒng)中，管道所消耗的能量一般等于泵所提供的壓力能，二者保持能量供求的平衡關(guān)系。在無泄漏的情況下，管道的流量一般就是泵的排量，泵的實(shí)際總揚(yáng)程就是管道所需要的總能頭。泵和管道系統(tǒng)的工作點(diǎn)是指在壓力供需平衡條件下，管道流量與泵入口與出口壓力等參數(shù)之間的關(guān)系，即泵的能量與工藝管道所需能量相適應(yīng)[1]。

離心泵的特性曲線表明泵的揚(yáng)程、功率、效率、汽蝕余量與流量之間的關(guān)系，其中效率與流量曲線表明，隨著流量的增加，泵的效率有個(gè)最高點(diǎn)，即最高效率點(diǎn)，該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的工況為額定工況，即額定流量、額定揚(yáng)程、額定功率，就是指泵的設(shè)計(jì)工況。通常規(guī)定，對(duì)應(yīng)最高效率點(diǎn)以下7%的區(qū)域?yàn)楦咝Чぷ鲄^(qū)[1]。

設(shè)備管理目標(biāo)是即要安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行，同時(shí)還要挖掘設(shè)備潛力，使設(shè)備效益最大化。機(jī)泵要盡量在高效工作區(qū)內(nèi)工作，即機(jī)泵的工作點(diǎn)要落在高效工作區(qū)內(nèi)，這樣才能使機(jī)泵效率最大，消耗最小。

2 機(jī)泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)簡單判定方法

從機(jī)泵特性質(zhì)曲線上確定，最高效率點(diǎn)以下7%的區(qū)域?yàn)楦咝Чぷ鲄^(qū)，對(duì)應(yīng)的流量、揚(yáng)程、功率范圍，確定機(jī)泵正常工作時(shí)其運(yùn)行參數(shù)是否在這范圍之內(nèi)。功率是個(gè)綜合因素，只要揚(yáng)程、流量滿足工藝要求，功率處在高效工作區(qū)內(nèi)或接近高效工作區(qū)，就可以認(rèn)定機(jī)泵在高效工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行。由于裝置正常生產(chǎn)，不可能將每臺(tái)泵在正常操作條件下輸送物料時(shí)的性能曲線畫出來確定泵的高效工作區(qū)，只能粗略進(jìn)行判斷。

為此，可依據(jù)機(jī)泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中總能量守恒的規(guī)律簡單判斷，即電機(jī)輸出功率等于電機(jī)及泵的總耗功率。通過電流可算出電機(jī)輸出功率，大致可以認(rèn)為是機(jī)泵正常工作時(shí)功率（因?yàn)殡姍C(jī)輸出功率包括泵的有效功率和電機(jī)與泵的損失功率，損失功率在此可忽略），看此功率是否處于機(jī)泵高效工作區(qū)內(nèi)，即可判定機(jī)泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)工作。

所以，可得出判定機(jī)泵是否在高效工作區(qū)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的簡單方法：運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)功率是否在7%到 W額區(qū)間或接近該區(qū)間。W額就是機(jī)泵鉻牌上的功率，也是機(jī)泵性能曲線效率最高點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率。銘牌額定功率是以常溫下清水為試驗(yàn)介質(zhì)獲得的數(shù)據(jù)，實(shí)際軸功率為介質(zhì)密度與水密度之比乘以水運(yùn)功率[2]。

經(jīng)過核算，發(fā)現(xiàn)大部分機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都在這個(gè)高效區(qū)間以下工作，這是裝置能耗比較大的根本原因。如果離高效工作區(qū)遠(yuǎn)，就要考慮對(duì)泵或管線系統(tǒng)修正。對(duì)泵則有葉輪切割、增加變頻等措施。對(duì)管道，則應(yīng)找出能量損失比較大的部位改進(jìn)，增加或減少管件數(shù)量。如果離高效工作區(qū)近，建議調(diào)整生產(chǎn)操作工藝，如采用增大或減少流量的方法等。

3 機(jī)泵工作點(diǎn)失調(diào)現(xiàn)象及處理

泵和管道組成固定系統(tǒng)后（無泄漏狀態(tài)），在壓力供需平衡條件下，工作點(diǎn)是指管道流量與泵入口與出口壓力等參數(shù)之間的關(guān)系，即泵的能量與工藝管道所需能量相適應(yīng)。但在實(shí)際操作中，尤其裝置經(jīng)過工藝改造完后（例如：隱患治理改造、換熱流程優(yōu)化改造、完善項(xiàng)目改造、擴(kuò)能改造等），由于沒有整體統(tǒng)一設(shè)計(jì)，泵的能量與工藝管道所需能量不相符，甚至二者相差很多，有的泵的能量比管道所需能量小，有的則大。

3.1 泵的輸出能量小于管道所需能量現(xiàn)象的處理

一般泵的輸出能量比管道所需能量小的情況，現(xiàn)象是電機(jī)輸出功率大、電流高或機(jī)體熱，經(jīng)常發(fā)生電機(jī)偷停、跳閘現(xiàn)象；對(duì)于設(shè)備管線則伴有管線振動(dòng)現(xiàn)象；有此類現(xiàn)象可懷疑泵的揚(yáng)程、流量滿足不了工藝要求。對(duì)此，可更換新泵或整體更換泵機(jī)組，通常可解決泵的輸出能量比管道所需能量小的問題。

3.2 泵的輸出能量比管道所需能量大的現(xiàn)象及處理

泵的輸出能量比管道所需能量大的情況，即泵的能量有剩余，現(xiàn)象是設(shè)備振動(dòng)大，振動(dòng)超標(biāo)，噪聲大。由于機(jī)泵出口閥限量，物料流過節(jié)流閥時(shí)經(jīng)常有摩擦產(chǎn)生的尖銳噪聲，設(shè)備管線沖刷大。針對(duì)此類情況，可對(duì)相關(guān)泵組設(shè)備（機(jī)泵本身、工藝管道）進(jìn)行能量核算，加以整改，如葉輪切削或增加變頻設(shè)備。

4 泵節(jié)能改造實(shí)例

4.1 數(shù)據(jù)采集

（1）機(jī)泵技術(shù)資料數(shù)據(jù)。以型號(hào)250AYsⅡ-210泵為例，軸功率442 kW，流量650 m3/h；轉(zhuǎn)速2950 r/min，揚(yáng)程180 m，葉輪外徑383 mm，允許汽蝕余量6.5 mm。

（2）電機(jī)資料數(shù)據(jù)。電機(jī)型號(hào)YB560-2，功率500 kW，頻率50 Hz，電壓 6000 V，轉(zhuǎn)速 2979 r/min，功率因數(shù) 0.8～0.89，電流56.9 A，工作電流32 A，重量4552 kg。

（3）葉輪切割前操作數(shù)據(jù)。入口壓力 0.4 MPa，出口壓力2.62 MPa，每班泵送量2670 t，電流32 A，輸送介質(zhì)密度（100 ℃），800 kg/m3。

4.2 切割后效果及是否在高效工作區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)判定

（1）切割后效果。經(jīng)分析后，決定分2步對(duì)泵進(jìn)行切割。第一步在葉輪直徑方向切27 mm，第二步在第一步基礎(chǔ)上再切15 mm，共切42 mm。P101原油泵葉輪切割27 mm后，葉輪直徑由383 mm減為356 mm（現(xiàn)場實(shí)測）。機(jī)泵切割前后工況參數(shù)對(duì)比，出口壓力切割前2.63 MPa，切割后2.3 MPa，流量切割后前后沒有明顯變化。切割前，軸承前/后振動(dòng)值19.6/12.3（mm/s2)，切割后，軸承前/后振動(dòng)值4.4/3.7 mm/s2，切割前/后電機(jī)電流32/28 A。切割后，機(jī)泵工況得到改善，機(jī)泵振動(dòng)明顯減輕，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流明顯降低，實(shí)現(xiàn)了裝置節(jié)能降耗。

（2）是否在高效工作區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)判定。泵額定功率是以常溫清水為試驗(yàn)介質(zhì)獲得的，實(shí)際軸功率為介質(zhì)密度與水密度之比乘以水運(yùn)功率[2]。以密度800 kg/m3（100℃下）的輸送介質(zhì)為例，額定軸功率W額=442×0.8=353 kW。

切削后的額定功率 W2根據(jù)（W額/W2）=（D1/D2）3計(jì)算，即（353/W2）=（383/356）3，得 W2=280 kW，D1，D2是切削前后葉輪直徑，而工作區(qū)下線功率=280-280×0.07=260 kW。因此，機(jī)泵正常工作時(shí)功率259 kW接近于高效工作區(qū)［260 kW，280 kW］，可以認(rèn)為該泵在高效工作區(qū)內(nèi)工作。同時(shí)，建議調(diào)整泵送量，按上限控制，這樣泵的工作點(diǎn)就落在高效工作區(qū)內(nèi)，有利提高泵的效率。

（3）估算電機(jī)節(jié)能。減少使用電機(jī)功率37 kW，每天可節(jié)電888 kW·h，工業(yè)用電每kW·h按0.6元人民幣計(jì)算，每天節(jié)電折合人民幣532.8元。

5 結(jié)束語

找出瓶頸，重點(diǎn)突破。通過對(duì)裝置泵設(shè)備進(jìn)行能量核算，不僅可模清泵設(shè)備的能耗情況，而且可以有針對(duì)性地制訂裝置節(jié)能降耗措施。

［1］姬忠安，鄧志安，趙會(huì)軍.泵和壓縮機(jī)［M］2008.

［2］滕征陽.技術(shù)資料之性能曲線［R］.沈陽：沈陽石電水泵制造廠，2004.