郭 雷 寧曉曉 裴 蕾

(洛陽中硅高科技有限公司， 河南 洛陽 471023)

0 前言

隨著我國工業(yè)發(fā)展速度不斷加快、經濟快速增長的同時，工業(yè)企業(yè)的能耗問題也隨之顯現(xiàn)。為了確保我國工業(yè)產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取合理可行的措施去降低能耗。節(jié)能降耗對于一個企業(yè)的發(fā)展是至關重要的，企業(yè)開展生產的目的就是為了獲得最大利潤，而節(jié)能降耗能夠減少企業(yè)用于生產中的能源，從而減少生產成本[1]。工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)在工礦企業(yè)運行中，占據較大的生產運行成本，且存在不同程度上的能耗浪費，增加了企業(yè)的成本。本文對某多晶硅廠的三期循環(huán)水泵的節(jié)能技術改造、降低能耗的實施案例進行了闡述。

1 循環(huán)水系統(tǒng)水泵生產現(xiàn)狀

1.1 循環(huán)水系統(tǒng)的基本情況

某多晶硅廠三期低壓循環(huán)水系統(tǒng)的增壓泵在正常情況下有3臺運行，設在三期循環(huán)水泵房的低壓循環(huán)水泵將三期冷水池內的軟化水加壓供往原料車間、動力車間、熱能車間、還原車間等，回水進入三期冷卻塔降溫后流入三期冷水池。水泵及其配套電機的運行參數見表1。

在正常情況下，該循環(huán)水系統(tǒng)的母管壓力要求控制在0.4～0.55 MPa,運行時一般保持在0.4～0.45 MPa。在現(xiàn)場，經過使用專業(yè)儀器檢測，循環(huán)水系統(tǒng)的母管流量約為5 000 m3/h，母管壓力為0.46 MPa，通過查閱近一年的運行數據表，此兩項數值相對較為平穩(wěn)。3臺水泵的運行功率分別為398.98 kW、391.55 kW和397.77 kW，水泵出口蝶閥開度分別約為90°、65°和80°。

表1 水泵及其配套電機的運行參數

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)水泵耗能分析

1.2.1 水泵實際運行區(qū)間嚴重偏離高效運行區(qū)間

通過查閱KPS75- 250水泵的性能曲線圖可知，在揚程為71～76 m、流量為1 200～1 500 m3/h時，是該水泵工作的高效運行區(qū)間(η≥85%)。根據崗位員工抄錄上位機顯示的數值記錄，計算出水泵的實際工作揚程均值為50 m、流量均值約1 800 m3/h。此時，水泵的實際運行效率低至60%左右，即水泵實際運行區(qū)間嚴重偏離高效運行區(qū)間，這是水泵能耗高、效率低的最根本的原因。因此，只有提高水泵的實際工作效率，才能達到節(jié)能效果。

1.2.2 葉輪出現(xiàn)汽蝕損害

水泵的葉輪材質為球磨鑄鐵，經過前期對水泵解體檢查發(fā)現(xiàn)，葉輪出現(xiàn)了汽蝕損害，而且表面粗糙，并伴有局部穿孔的情況。這在一定程度上降低了水泵的效率，增加了能耗。另外，經現(xiàn)場觀察，由于葉輪汽蝕的原因，導致泵腔內的噪聲及震動偏大。

1.2.3 部分水泵出口閥門未全開

部分水泵出口閥門未全開，有局部損失，會造成能量的損耗。這說明水泵在運行時出現(xiàn)了流量大而需求量小，需要通過調控閥門來達到滿足生產的情況。這種情況可以理解為“大馬拉小車”，從而使能耗增加。

2 節(jié)能改造方案

2.1 設備節(jié)能技術改造的要求

對設備進行節(jié)能技術改造，必須滿足三個條件：

1)滿足生產需要，即改造前、后系統(tǒng)各種參數應一致。

2)盡量降低改造項目的成本，能利舊的設備要利舊。

3)改造實施過程應不影響生產工作。

2.2 技改水泵的選擇

2.2.1 選擇高效節(jié)能型水泵

通過循環(huán)水系統(tǒng)水泵的耗能分析可以看出，提高水泵的效率是節(jié)能的關鍵。我國水泵生產企業(yè)技術水平參差不齊，技術水平較低的水泵從根本上效率就偏低，選擇這種水泵顯然滿足不了節(jié)能的需求。經過考察了解，公司原使用的產品即為高效節(jié)能水泵，KPS型部分產品離心泵獲得了節(jié)能產品認證，并已被列入《節(jié)能機電設備(產品)推薦目錄》[2]，因此，繼續(xù)使用該公司生產的水泵作為技改水泵。

2.2.2 確定技改水泵參數

如果原系統(tǒng)流量計顯示值與真實值相比偏高，依據原流量計數值進行分析定制水泵，則定制的水泵依然會存在不能在高效區(qū)運行的問題，節(jié)能效果打折扣；如果原流量計顯示值與真實值相比偏低，則會導致定制水泵因出水量小而無法滿足生產需求的問題，節(jié)能改造失敗。所以，為了精準確定水泵的流量、揚程等參數，應“拋棄”原系統(tǒng)自帶的壓力、流量等檢測儀器顯示值，避免因這些檢測儀器年久失修帶來的誤差影響參數的確定。

本項目中，原檢測儀器顯示的流量均值為1 800 m3/h，與現(xiàn)場實測流量數據均值有一定的誤差，故應采用校驗準確的檢測儀器復核當前運行的工況參數，以準確判斷引起高能耗的各種原因，找到最佳工況點，提出最佳匹配方案[3-4]。然后通過整改不利因素，按最佳運行工況參數“量身定做”適合系統(tǒng)的高效節(jié)能水泵產品，替換目前系統(tǒng)中嚴重偏離高效運行區(qū)間的水泵，消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高能耗，達到最佳節(jié)能效果。

根據實際的運行工況(母管壓力0.46 MPa、母管流量5 000 m3/h、水泵情況)以及確保系統(tǒng)有一定富裕量，確定技改水泵的參數為：流量1 700 m3/h，揚程47 m。

2.2.3 確定技改水泵型號

根據已確定水泵的參數，并查閱泵生產企業(yè)提供的選型手冊(圖1)，可供選擇的泵型號有2種：KPS50- 350、KPS115- 500。

由圖1可知，KPS50- 350水泵的轉速為1 480 r/min，KPS115- 500的轉速為980 r/min。原水泵的配套電機轉速為1 480 r/min，從降低改造項目的成本，能利舊的設備要利舊的原則考慮，盡量利用原電機，原電機轉速與功率均可以滿足KPS50- 350水泵的運行使用要求，故最終選擇KPS50- 350水泵作為技改水泵。

圖1 KPS系列水泵型譜圖

2.2.4 確定技改水泵葉輪的材質

原水泵葉輪的材質為球墨鑄鐵，鑄鐵材料的晶粒結構不夠致密，抗應力腐蝕能力不強，在發(fā)生汽蝕的情況下，容易快速形成汽蝕破壞，因此，技改水泵不再選用球墨鑄鐵葉輪，以避免發(fā)生汽蝕對設備及后續(xù)節(jié)能帶來的問題?？蛊g能力隨材料硬度的增加而增加，但為了達到較好的耐汽蝕性能，除硬度外，還要求材料具有一定的延伸性、均勻的組織成分、較細密的晶粒、光滑的表面和較高的耐腐蝕性能。適合這方面的材料很多，有Co- W硬質合金、青銅合金、不銹鋼、雙相不銹鋼等[5-6]。經與水泵生產廠家技術人員的溝通和探討，確定葉輪采用雙相不銹鋼材質。雙相不銹鋼是目前合金元素含量較低、耐應力腐蝕的鋼種，抗汽蝕能力極強。

2.3 節(jié)能改造需要注意的其他細節(jié)

1)因電機利舊、水泵型號變化，原配套的聯(lián)軸器已不能使用，應根據原電機、技改水泵的實際情況定制適配的聯(lián)軸器。

2)因原水泵與技改水泵相比尺寸發(fā)生變化，技改水泵的基礎、進出口法蘭、異徑管等在改造工作實施前應提前確認，避免因物資準備不充分影響技改的實施。

3)在改造實施前，應測試水泵進出口管道上的閥門密封性能是否良好。如閥門密封性能差，造成泄漏量大，就會影響技改水泵的更換工作。如出現(xiàn)這種情況，應提前做好補救工作，如在閥門后加裝盲板。

4)為了精確計算節(jié)能效果，可在技改前對水泵增加單獨的電力計量設施，計算出技改前后的水泵功率，以方便對比。

3 節(jié)能改造效果

通過逐臺改造的方法，拆除原有水泵，替換成技改水泵。安裝完成1臺即調試運行1臺，最終在12天內，完成了3臺水泵的節(jié)能改造工作。改造完成后，3臺水泵的出口閥門全開，系統(tǒng)的母管壓力在0.43～0.48 MPa、流量在4 900～5 200 m3/h區(qū)間運行，可以滿足生產使用。另外，相比于原水泵，技改水泵的震動更小、噪聲更低，運行狀況明顯改善。循環(huán)水系統(tǒng)水泵改造前后的功率和節(jié)電率見表2。

1)經濟效益。由表2可知，節(jié)能改造后，循環(huán)水系統(tǒng)水泵每小時節(jié)電量為368.41 kWh，按照年運行8 000 h、電費0.5元/kWh計算，年節(jié)電收益為147.4萬元，經濟收益顯著。

表2 水泵改造前后功率對比

注：節(jié)電率=(技改前功率-技改后功率)/技改前功率×100%

2)環(huán)保效益。根據國家發(fā)改委的數據，每生產10 000 kWh電消耗標煤3.6 t，排放二氧化碳9.59 t[7]。根據表2，技術改造后可節(jié)省標煤約1 061 t/a，減少二氧化碳排放量約2 826 t/a。

4 結論

1)水泵的實際運行流量、壓力與水泵的額定值相比偏離較多，造成了效率低且耗能高。采用節(jié)能技術改造的水泵匹配現(xiàn)有系統(tǒng)，與系統(tǒng)原有水泵相比，大幅提高了運行效率，具有良好的節(jié)能效果。

2)掌握循環(huán)水系統(tǒng)的真實情況是節(jié)能技改成功的前提和關鍵。這些情況包括循環(huán)水系統(tǒng)的流程、設備參數、母管壓力、母管流量、運行功率等。其中，母管壓力、母管流量、運行功率需要采用專業(yè)的檢測設備檢測。

3)對影響節(jié)能的制約點，應逐個分析，制定相應的措施進行消除。

4)雙相不銹鋼材質的葉輪抗汽蝕損害性能優(yōu)良。水泵技改運行半年以后，對其中1臺水泵解體檢查發(fā)現(xiàn)，葉輪表面光滑完好，無損傷痕跡。