王楠

摘? ? 要：針對(duì)給水泵運(yùn)行工況不合理、效率偏低及運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，通過(guò)更換水力模型和優(yōu)化平衡機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鍋爐給水泵降揚(yáng)程、提效率的節(jié)能改造目標(biāo)，同時(shí)還提高了泵的運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性，而且改造項(xiàng)目的實(shí)施，每臺(tái)給水泵一年可為公司節(jié)省約315.6萬(wàn)元的設(shè)備運(yùn)行成本費(fèi)用。該項(xiàng)改造具有良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，還可為同類給水泵的技術(shù)升級(jí)提供參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐給水泵;節(jié)能改造;水力部件;平衡機(jī)構(gòu)

1? 引言

給水泵是煉廠動(dòng)力中心給水除氧系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，采用兩用一備的并聯(lián)布置方式，其主要作用是輸送高溫鍋爐水，泵的運(yùn)行功率較大，耗電量較高。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的倡導(dǎo)以及節(jié)約公司的運(yùn)行成本，對(duì)我廠大功率運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行了節(jié)能改造可行性分析，經(jīng)評(píng)估我廠3臺(tái)3DG-10Q鍋爐給水泵節(jié)能改造價(jià)值較高，經(jīng)濟(jì)效益可觀。通過(guò)管路系統(tǒng)分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)我廠選用的鍋爐給水泵揚(yáng)程相對(duì)偏高，效率偏低。泵的軸功率與揚(yáng)程成正比關(guān)系，與效率成反比關(guān)系。因此可從降低泵揚(yáng)程，提高泵效率的方面，進(jìn)行鍋爐給水泵節(jié)能改造。同時(shí)，由于平衡機(jī)構(gòu)平衡能力不足，該泵在運(yùn)行期間多次出現(xiàn)平衡盤(pán)、推力軸承磨損故障，因此在節(jié)能改造的同時(shí)對(duì)泵的平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高泵的運(yùn)行可靠性。

2? 給水泵運(yùn)行原理

給水泵是一種通過(guò)獨(dú)立性小汽輪機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的給水泵。該汽輪機(jī)需要在抽氣管道當(dāng)中抽取蒸汽，之后利用小汽輪機(jī)的帶動(dòng)作用完成水泵的進(jìn)水工作。其中給水泵當(dāng)中的調(diào)節(jié)泵需要通過(guò)小汽輪機(jī)當(dāng)中的調(diào)速器來(lái)控制整體的進(jìn)氣量。從小汽輪機(jī)的種類來(lái)看，可以使用凝氣式和背壓式，小汽輪機(jī)的正常運(yùn)行需要配套的汽、水管道系統(tǒng)進(jìn)行支撐，同時(shí)還要配備相應(yīng)的調(diào)速系統(tǒng)和備用汽源等等，現(xiàn)階段普遍使用的給水泵使用的是不同軸的串聯(lián)方式，從而提升給水泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3? 泵基本概況

3.1? 結(jié)構(gòu)介紹

我廠運(yùn)行的鍋爐給水泵為臥式、兩端支撐的節(jié)段式多級(jí)離心泵，吸入、吐出口均垂直向上，采用集裝式機(jī)械密封、滑動(dòng)軸承、強(qiáng)制潤(rùn)滑，平衡機(jī)構(gòu)采用平衡盤(pán)加止推軸承，屬于API610中的BB4結(jié)構(gòu)。

3.2? 基本參數(shù)

改造前鍋爐給水泵的基本參數(shù)：流量320m3/h;揚(yáng)程1600m;效率77%;軸功率1650kW;NPSHr為8m。

4? 改造方案及可行性分析

由給水除氧系統(tǒng)可以看出，泵出口壓力只需13.247MPa（即泵揚(yáng)程為1385m）即可滿足運(yùn)行需求。因此，在確保外部接口尺寸不變的情況下，改造的主要目標(biāo)是：降低泵揚(yáng)程，提高泵效率，并保證汽蝕余量不變。

改造后鍋爐給水泵的基本參數(shù)：流量320m3/h;揚(yáng)程1385m;效率79%;軸功率1387kW;NPSHr8m。

4.1? 降低泵揚(yáng)程

降低泵揚(yáng)程的方法相對(duì)較多，如進(jìn)行葉輪切割、撤去中間一級(jí)葉輪、降低泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速及更換水力部件等。對(duì)以上方案進(jìn)行分析，葉輪切割將會(huì)導(dǎo)致泵效率降低，達(dá)不到節(jié)能的效果;撤去中間一級(jí)葉輪，因該泵的單級(jí)揚(yáng)程為160m，而需要降低的揚(yáng)程為215m，無(wú)法滿足降低揚(yáng)程的需求;降低泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，因該泵最初設(shè)計(jì)時(shí)未考慮調(diào)速，如要降低泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，需增加耦合器或變頻電機(jī)，改造工程巨大，故不考慮。通過(guò)對(duì)比分析，在不更換水力部件的情況下，在實(shí)現(xiàn)泵揚(yáng)程降低13.4%的同時(shí)，還要保證提高泵2%的效率，理論上是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此最終確定采用更換水力部件的方案進(jìn)行改造。

4.2? 提高泵效率

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)及國(guó)外給水泵在國(guó)內(nèi)煉油廠使用情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)近似參數(shù)鍋爐給水泵效率一般可達(dá)到79%，而我廠鍋爐給水泵的效率只有77%，至少存在2%的提高空間。改造時(shí)，擬對(duì)泵的流場(chǎng)進(jìn)行CFD計(jì)算分析，進(jìn)而對(duì)泵的水力模型進(jìn)行優(yōu)化，確保得到高效水力模型。同時(shí)，制造時(shí)采用精密鑄造的方式，以保證水力部件鑄造型線的準(zhǔn)確性。

4.3? 優(yōu)化改進(jìn)泵平衡機(jī)構(gòu)

鍋爐給水泵在運(yùn)行期間多次出現(xiàn)過(guò)平衡盤(pán)、止推軸承磨損的機(jī)械故障，經(jīng)分析是由于其平衡機(jī)構(gòu)平衡能力不足導(dǎo)致的。因此在節(jié)能改造的同時(shí)時(shí)，對(duì)平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用雙平衡機(jī)構(gòu)（平衡盤(pán)與平衡鼓的結(jié)合）代替現(xiàn)有的平衡盤(pán)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于泵揚(yáng)程降低215m，水力軸向力有所降低，運(yùn)行的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提高。

5? 改造方案及主要內(nèi)容

5.1? 水力模型開(kāi)發(fā)及優(yōu)化

泵的水力模型設(shè)計(jì)方法，目前常用的有傳統(tǒng)的相似換算法和速度系數(shù)法以及近年來(lái)發(fā)展較為迅速的CFD分析迭代法。

改造前泵的比轉(zhuǎn)速ns為72.2，改造后泵的比轉(zhuǎn)速ns為80.5。

由于泵廠家有相似比轉(zhuǎn)速的模型泵（ns=79），因此，本次改造泵的水力模型設(shè)計(jì)采用相似換算法與CFD分析迭代法相結(jié)合的方法。

模型建立過(guò)程簡(jiǎn)述如下：（1）水利設(shè)計(jì)、三維建模、網(wǎng)絡(luò)劃分;（2）流場(chǎng)分析計(jì)算、優(yōu)化;（3）模型（1-n個(gè)）;（4）3D打印快速成型;（5）試驗(yàn)篩選（試驗(yàn)驗(yàn)證返回）;（6）計(jì)算參數(shù)修整迭代;（7）模型固化。通過(guò)CFD優(yōu)化分析，改善了泵內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)，提高了泵的效率。

5.2? 水力部件精密鑄造

水力部件的成型精度直接決定了泵的水力性能及效率，該泵的比轉(zhuǎn)速ns為80.5，級(jí)數(shù)為10級(jí)，屬于中比轉(zhuǎn)速泵，效率相對(duì)較低，因此為確保泵的效率，對(duì)葉輪、導(dǎo)葉采用精密鑄造，以確保流道及葉片型線的精度。

5.3? 平衡機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

對(duì)于多級(jí)泵，常用平衡軸向力的方法有如下3種，對(duì)比如下：（1）平衡鼓機(jī)構(gòu)+推力軸承：平衡力范圍98%，泄漏大、影響泵效較大，間隙增大情況下，平衡效果不降，不適合變工況;（2）平衡盤(pán)機(jī)構(gòu)+推力軸承：平衡力范圍100%，泄漏大、影響泵效較小，間隙增大情況下，自調(diào)間隙、自平衡，適合變工況;（3）雙平衡機(jī)構(gòu)+推力軸承：平衡力范圍97.5%，泄漏中度、影響泵效小，自調(diào)間隙、調(diào)節(jié)范圍廣，適合變工況。通過(guò)平衡結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析，為了徹底解決平衡機(jī)構(gòu)問(wèn)題，改造方案采用適用范圍廣、調(diào)節(jié)范圍廣、可靠性高的雙平衡機(jī)構(gòu)。

6? 改造結(jié)果

6.1? 泵的性能

通過(guò)改造后的試驗(yàn)驗(yàn)證，鍋爐給水泵的揚(yáng)程為1387m，效率為79.2%，滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2? 運(yùn)行的平穩(wěn)性

通過(guò)對(duì)平衡機(jī)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，泵在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行至今未出現(xiàn)過(guò)軸承及平衡機(jī)構(gòu)的磨損機(jī)械故障，泵組振動(dòng)值、軸承溫度值均在正常運(yùn)行范圍內(nèi)。

6.3? 改造后的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

在給水泵節(jié)能改造之后，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。在鍋爐負(fù)荷達(dá)到100%狀態(tài)時(shí)，給水泵的整體節(jié)能量與先前相比下降了15%左右，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在給水泵運(yùn)作方式全面優(yōu)化之后，項(xiàng)目當(dāng)中的節(jié)能量就與原電動(dòng)機(jī)當(dāng)中所消耗的電量保持一致，從根源上提升了節(jié)能的效率。

此外，汽動(dòng)給水泵的節(jié)能優(yōu)化改造全面實(shí)現(xiàn)了電廠的余熱利用，熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理完善，減少了熱能損失，提高機(jī)組的整體熱效率，大大降低發(fā)電廠的廠用電率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，符合國(guó)家的節(jié)能減排的要求。汽動(dòng)給水泵的技術(shù)研制及其應(yīng)用有廣闊的發(fā)展空間，汽動(dòng)給水泵的研制及其應(yīng)用將推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展和效益的全面提高。

7? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次鍋爐給水泵項(xiàng)目的改造，提高了泵組的運(yùn)行穩(wěn)定性，解決了潛在的機(jī)械故障隱患。同時(shí)通過(guò)此項(xiàng)目的開(kāi)展，認(rèn)識(shí)到對(duì)于大功率的機(jī)械設(shè)備，合理參數(shù)的選擇尤為重要;要想得到高效、可靠的水力模型，需要傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與CFD分析計(jì)算相結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

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