吳玉珍，胡承煒，陳乃鏑

（北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076）

主題詞：泵系統(tǒng)；能耗評(píng)估；系統(tǒng)高效運(yùn)行；節(jié)能建議

2021 年4 月“泵系統(tǒng)能耗評(píng)估”[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布，并于2021 年11 月實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)、公共機(jī)構(gòu)、商業(yè)和市政設(shè)施中電驅(qū)動(dòng)、汽輪機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開式或閉式泵系統(tǒng)。泵系統(tǒng)評(píng)估的目標(biāo)是確定在用系統(tǒng)的當(dāng)前能耗，并找出提高系統(tǒng)效率的方法。標(biāo)準(zhǔn)以示例的形式，從分析造成系統(tǒng)能耗過(guò)大的原因入手，在技術(shù)和管理兩方面給出了保證泵系統(tǒng)高效運(yùn)行的一般性建議和針對(duì)性措施。該標(biāo)準(zhǔn)為泵系統(tǒng)能耗評(píng)估、泵系統(tǒng)節(jié)能降耗提供了技術(shù)保障，對(duì)促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有積極意義。

泵是能耗最大的設(shè)備之一。機(jī)泵產(chǎn)品每年的耗電量占總發(fā)電量的20%[2]，在火力發(fā)電裝置中，鍋爐給水泵的電力消耗占電廠用電的30%以上[3-4]；在石油化工裝置中，約70%的電耗由機(jī)泵產(chǎn)生；為此國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)“清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值”[5]，率先對(duì)清水離心泵能效進(jìn)行了限制。在泵的實(shí)際使用過(guò)程中，由于工藝和裝置需求多種多樣，泵的運(yùn)行狀態(tài)可能隨時(shí)間、季節(jié)、生產(chǎn)需求等條件變化；在LNG 接收站、PTA 漿料輸送、鍋爐給水系統(tǒng)，往往存在多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行情況；泵的驅(qū)動(dòng)方式也多種多樣，包括電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、液力透平、液力透平+電動(dòng)機(jī)等多種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，其中以電機(jī)驅(qū)動(dòng)最多；泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)也有多種模式，包括電機(jī)調(diào)頻、泵出口部分回流、泵出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)、多泵并聯(lián)時(shí)部分泵調(diào)節(jié)或停部分泵等。造成泵能耗高的原因除涉及泵本體外，還與泵輸送系統(tǒng)流阻、工作運(yùn)行條件等多方面有關(guān)，要實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行必須根據(jù)裝置的具體配置、運(yùn)行條件、驅(qū)動(dòng)方式等，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行定性和定量的能耗評(píng)估，并在能耗評(píng)估基礎(chǔ)上給出改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能、降低碳排放目標(biāo)。為此“十三五”期間國(guó)家投入經(jīng)費(fèi)，從基礎(chǔ)理論、結(jié)構(gòu)和水力設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用等方面，開展泵及泵系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究，希望降低能耗2% ～ 10%以上。

1 系統(tǒng)能耗評(píng)估過(guò)程簡(jiǎn)介

泵的作用是實(shí)現(xiàn)流體輸送或壓力能的提升，有開式和閉式兩種運(yùn)行方式。開式運(yùn)行系統(tǒng)是將不可壓縮流體從A 地輸送到B 地，B 地靜壓力可以與A地相同、也可以高于A 地，即實(shí)現(xiàn)輸送的同時(shí)伴有靜壓力提升；閉式循環(huán)系統(tǒng)是泵將不可壓縮流體從A地泵出后又回到A 地的過(guò)程。無(wú)論是上面的哪種情況，構(gòu)成完整系統(tǒng)的設(shè)備除泵外，還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、管道、閥門、容器（或減壓設(shè)備等其他類型設(shè)備）等，如圖1 所示。

圖1 泵系統(tǒng)構(gòu)成示意圖Fig.1 Schematic diagram of pump systems

系統(tǒng)能耗評(píng)估就是針對(duì)泵所處系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行方式進(jìn)行的定性和定量評(píng)估，分為三個(gè)等級(jí)，評(píng)估等級(jí)的確定和各級(jí)評(píng)估應(yīng)收集的數(shù)據(jù)包括泵基本參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)等，詳見文獻(xiàn) [1]的表1 和表2。

評(píng)估應(yīng)逐級(jí)進(jìn)行，一級(jí)評(píng)估是定性評(píng)估，其中包含可能的定量元素，通過(guò)評(píng)估確定系統(tǒng)大幅節(jié)能的潛在可能性，并識(shí)別出應(yīng)進(jìn)入更高級(jí)別評(píng)估的特定系統(tǒng)；二級(jí)評(píng)估是定量評(píng)估，通過(guò)測(cè)量單個(gè)穩(wěn)定工況點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)，確定系統(tǒng)能耗水平和潛在節(jié)能量；三級(jí)評(píng)估也是定量評(píng)估，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間跨度的連續(xù)檢測(cè)，得到系統(tǒng)內(nèi)在不同工況點(diǎn)的參數(shù)，確定系統(tǒng)在變工況條件下的能耗需求。

1.1 一級(jí)評(píng)估

一級(jí)評(píng)估過(guò)程是盡量收集數(shù)據(jù)和客觀信息，并完成以下工作：

按驅(qū)動(dòng)裝置大小、年運(yùn)行時(shí)間及預(yù)估的能源成本進(jìn)行分類；

重點(diǎn)關(guān)注以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的離心泵；

重點(diǎn)關(guān)注用節(jié)流裝置或回流裝置控制流量的泵系統(tǒng)；

找出造成能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，如系統(tǒng)供需嚴(yán)重不符、通過(guò)調(diào)節(jié)閥或旁通回流的情況；

查看運(yùn)行記錄和調(diào)研分析辨識(shí)低效運(yùn)行的泵系統(tǒng)；

篩選出最具節(jié)能潛力的系統(tǒng)以便進(jìn)行后續(xù)評(píng)估。

1.2 二級(jí)評(píng)估

二級(jí)評(píng)估前，應(yīng)首先確認(rèn)當(dāng)前所觀測(cè)到的運(yùn)行狀態(tài)能夠代表系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)變化很小或無(wú)變化。二級(jí)評(píng)估應(yīng)從一級(jí)評(píng)估過(guò)程中所獲得的數(shù)據(jù)入手，并可輔以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)；在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)使流量、揚(yáng)程（壓力）、功率（動(dòng)力消耗）等多種數(shù)據(jù)盡量在同一時(shí)刻獲得。

1.3 三級(jí)評(píng)估

三級(jí)評(píng)估針對(duì)工況條件隨時(shí)間發(fā)生變化顯著或頻繁的泵系統(tǒng)。對(duì)于這類系統(tǒng)，評(píng)估數(shù)據(jù)應(yīng)是在一定時(shí)間段內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，極端工況運(yùn)行數(shù)據(jù)；如進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，應(yīng)包括設(shè)計(jì)點(diǎn)、正常條件、額定與最大和最小流量工況運(yùn)行條件。

在評(píng)估過(guò)程中，除關(guān)注上述過(guò)程的正常系統(tǒng)外，還需關(guān)注非正常信息，如振動(dòng)、汽蝕、泄漏、異常故障等。

評(píng)估是對(duì)泵系統(tǒng)展開，因此還需關(guān)注驅(qū)動(dòng)設(shè)備、閥門、管道等其他元件的情況。

2 系統(tǒng)高效運(yùn)行和節(jié)能建議

2.1 標(biāo)準(zhǔn)推薦的系統(tǒng)高效運(yùn)行建議

2.1.1 系統(tǒng)高效運(yùn)行的一般性建議

圖2 為泵性能曲線和可靠性曲線示意圖。在圖2A 的泵性能曲線中，兩方框點(diǎn)之間為推薦運(yùn)行范圍，在推薦運(yùn)行范圍內(nèi)，泵效率較高；兩圓點(diǎn)間為最大允許運(yùn)行范圍，超出該范圍泵將出現(xiàn)振動(dòng)加大、發(fā)熱、汽蝕等問(wèn)題。圖2B 為泵的可靠性曲線示意圖，在最佳效率點(diǎn)附近，泵的平均故障間隔時(shí)間最長(zhǎng)，偏離最佳效率點(diǎn)時(shí)，泵的平均故障間隔時(shí)間快速下降，當(dāng)偏差在-20% BEP 和+10% BEP 時(shí)，平均故障間隔時(shí)間降低50%。

圖2 泵性能曲線和可靠性曲線示意圖Fig.2 Schematic diagram of pump performance curve and reliability curve

因此，應(yīng)盡量保證泵的運(yùn)行特性與載荷特性和系統(tǒng)阻力特性相匹配，使泵的運(yùn)行點(diǎn)盡量落在最佳效率點(diǎn)附近；當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，泵應(yīng)盡量維持在優(yōu)先工作區(qū)域內(nèi)，不可超出允許工作范圍運(yùn)行。

對(duì)大功率、長(zhǎng)周期運(yùn)行的泵系統(tǒng)，宜定期測(cè)量運(yùn)行工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程、功率，確定泵的運(yùn)行效率，從而保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。

2.1.2 保證經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的系統(tǒng)管理建議

泵驅(qū)動(dòng)機(jī)：在運(yùn)行工況下，盡量使驅(qū)動(dòng)機(jī)在高效率范圍內(nèi)工作。對(duì)普通電動(dòng)機(jī)，其載荷宜在50% ～ 100%范圍內(nèi)；對(duì)高效電機(jī)，其載荷不應(yīng)超出35% ～ 100%范圍。其他類型的驅(qū)動(dòng)機(jī)，載荷不應(yīng)超出設(shè)備允許的運(yùn)行范圍。

泵系統(tǒng)管道：在保證液體中的懸浮物能順利輸送的情況下，宜盡量降低流速，即相應(yīng)地適當(dāng)增加管道直徑，降低管道阻力能耗，例如在紊流區(qū)，管徑增加10%可減少40%損耗；盡量減少管道彎頭數(shù)量、增大轉(zhuǎn)彎半徑、降低管道內(nèi)表面粗糙度，從而降低阻力損耗；管道應(yīng)盡量避免突然變徑，可能的情況下采用擴(kuò)散管；儲(chǔ)罐的安裝位置宜盡量減少高度差，在滿足需求的情況下靜壓力盡量小。

系統(tǒng)管理：宜使用高效系統(tǒng)部件，并保持系統(tǒng)高效運(yùn)行；當(dāng)系統(tǒng)在部分載荷下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或要求改變較大時(shí)，宜采用合理措施保證系統(tǒng)在所有工況下均可高效運(yùn)行。

2.2 泵系統(tǒng)能耗分析與改進(jìn)措施

以回轉(zhuǎn)動(dòng)力（速度型）泵為研究對(duì)象，分析討論造成泵系統(tǒng)能耗過(guò)大原因、并給出改進(jìn)措施。

2.2.1 泵系統(tǒng)能耗分析

正如前面的分析，泵系統(tǒng)的構(gòu)成包括多種（個(gè)）設(shè)備，其過(guò)多能耗的產(chǎn)生也涉及多方面原因。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)狀態(tài)不符，或采購(gòu)設(shè)備狀態(tài)與運(yùn)行最佳狀態(tài)不一致，實(shí)際運(yùn)行工況調(diào)整等，都會(huì)造成能量的損耗。

從泵的基本參數(shù)看，泵的能耗可用下列公式表示：

式中Nr——泵輸入功率（或稱為軸功率）；

ρ——泵輸送液體的密度；

Q——泵的流量；

H——泵的揚(yáng)程；

η——泵的效率。

式中Nz——泵實(shí)際消耗的總能量；

η1——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率；

通過(guò)兩式可以看出，泵的總能耗與流量、揚(yáng)程、介質(zhì)密度有關(guān)，還與泵自身效率、傳動(dòng)效率、驅(qū)動(dòng)機(jī)效率有關(guān)。降低能量消耗的辦法是盡可能降低泵運(yùn)行時(shí)的流量、揚(yáng)程，提高泵、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)效率。

泵的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)由泵所處系統(tǒng)特性決定。圖3中1 和2 是不同流阻特性曲線，11、22 分別對(duì)應(yīng)1和2 有靜壓需求時(shí)的流阻特性曲線；P1、P2點(diǎn)P11、P22為泵的實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)，是系統(tǒng)流阻曲線1、2、11、22 與泵性能曲線的交點(diǎn)。從圖中可以看出，當(dāng)泵系統(tǒng)需要靜壓升時(shí)，對(duì)相同的管線系統(tǒng)，流阻特性基本相同（只是上移靜壓值），此時(shí)泵的工作點(diǎn)揚(yáng)程增加、流量降低；當(dāng)泵系統(tǒng)流阻較大時(shí)，對(duì)同一臺(tái)泵，泵系統(tǒng)的輸送能力減少，泵的運(yùn)行點(diǎn)揚(yáng)程增加，如圖3 中從P1或P11點(diǎn)，移動(dòng)到P2或P22點(diǎn)。

圖3 泵性能曲線與工作點(diǎn)Fig.3 Pump performance curve and operating points

2.2.2 提高泵系統(tǒng)效率改進(jìn)措施

減少泵系統(tǒng)水頭損失：取消或減少不必要的節(jié)流和/或再循環(huán)流動(dòng)；清洗淤塞的管道或設(shè)備，清除管道和流程部件的積垢；隔離或拆除不需要的設(shè)備；保持管路高位液流和高位排氣，避免管路與接收設(shè)備之間存在氣隙。

減少泵系統(tǒng)流量損失：保持泵系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行效率，減少對(duì)流量需求，例如熱交換器效率；隔離不必要的泵再循環(huán)、最小流量閥、有泄漏的閥門等；在保證生產(chǎn)需要的前提下，降低系統(tǒng)流量；在系統(tǒng)不需要流量時(shí)關(guān)閉泵、盡量不采取回流的方式。

改變泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間：對(duì)于提升系統(tǒng)、多泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)、采用回流而不是關(guān)泵的系統(tǒng)、泵運(yùn)行流量大于系統(tǒng)實(shí)際需求流量的系統(tǒng)等，可以通過(guò)改變運(yùn)行時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。如圖1 中閉式系統(tǒng)或開式系統(tǒng)高壓容器與低壓容器內(nèi)靜壓力相同時(shí)，泵運(yùn)行以克服系統(tǒng)阻力為主（如圖3 中的1 號(hào)和2 號(hào)曲線所代表的系統(tǒng)），如果降低泵系統(tǒng)的流量，管道內(nèi)介質(zhì)流速降低、系統(tǒng)流阻降低，所需泵的揚(yáng)程降低、泵功率消耗降低；但要達(dá)到同樣的總流量輸送效果，運(yùn)行時(shí)間需增加，所以可以對(duì)比運(yùn)行時(shí)間和流量的整體效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而調(diào)整運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于可以間斷運(yùn)行的系統(tǒng)，可以采用峰谷電價(jià)時(shí)間調(diào)整運(yùn)行時(shí)間；對(duì)多泵運(yùn)行系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)需求流量變化改變投入運(yùn)行的泵數(shù)量或改變泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速等。

總而言之，初中語(yǔ)文語(yǔ)言教學(xué)是教師和學(xué)生之間傳遞信息的橋梁。在新課程改革下，教學(xué)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)對(duì)于語(yǔ)文學(xué)科是相當(dāng)重要的，同時(shí)也是初中語(yǔ)文教學(xué)中不能缺少的重要部分。教師和學(xué)生的交流主要是靠語(yǔ)言，這對(duì)于教師而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，教師應(yīng)該不斷加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)，配合學(xué)生的實(shí)際情況，當(dāng)然，學(xué)生也要配合教師的教學(xué)。相信在教師和學(xué)生的共同努力下，能真正實(shí)現(xiàn)初中語(yǔ)文課堂教學(xué)的本質(zhì)。

保證泵系統(tǒng)各部件運(yùn)行在高效率范圍：盡量使構(gòu)成泵系統(tǒng)的各部件運(yùn)行在其各自高效范圍內(nèi)，例如使電機(jī)運(yùn)行在性能曲線平坦區(qū)，泵運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)附近。

2.2.3 節(jié)能計(jì)算案例

泵系統(tǒng)確定后，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的能耗除應(yīng)考慮泵、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外，還應(yīng)考慮輔助系統(tǒng)能耗，如密封沖洗系統(tǒng)、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)等，因此泵系統(tǒng)的總能耗和節(jié)能降耗評(píng)估應(yīng)包括所有部分。為突出重點(diǎn)，本文暫不考慮輔助系統(tǒng)的節(jié)能措施和節(jié)能貢獻(xiàn)，僅給出離心泵單臺(tái)運(yùn)行節(jié)能計(jì)算案例，簡(jiǎn)單介紹多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)和節(jié)能方案。

2.2.3.1 評(píng)估基本步驟

第一步是確定泵系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)：泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)是節(jié)能計(jì)算的基礎(chǔ)，因此應(yīng)明確構(gòu)成泵系統(tǒng)的各部件運(yùn)行參數(shù)、額定參數(shù)；

第二步是根據(jù)泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、終端需求參數(shù)、泵和各部件特性參數(shù)，確定可能的節(jié)能方案；

第三步是計(jì)算各方案條件下系統(tǒng)的能量消耗，確定節(jié)能效果；

第四步是在計(jì)算和分析基礎(chǔ)上確定最佳的節(jié)能方案。應(yīng)注意最佳方案未必是節(jié)能最多的方案，需要考慮實(shí)際需求、實(shí)施的便捷性、節(jié)能和投入的平衡等。

2.2.3.2 單臺(tái)離心泵運(yùn)行節(jié)能計(jì)算

圖4 為單臺(tái)離心泵系統(tǒng)，由低位容器、高位容器、泵、回流管線和回流閥（減壓閥）、主路管線和流量調(diào)節(jié)閥、以及壓力傳感器和液位傳感器等組成；泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。泵將低位容器內(nèi)的水輸送到高位容器內(nèi)，泵出口壓力通過(guò)回流閥保持恒定；進(jìn)入高位容器的主管路流量通過(guò)液位傳感器控制閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)高位容器的液位恒定，系統(tǒng)壓差為4.5 bar[1]。

圖4 單臺(tái)離心泵系統(tǒng)Fig.4 Single Centrifugal Pump System

確定泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 泵運(yùn)行參數(shù)Table 1 Pump operating parameters

計(jì)算能耗和運(yùn)行成本：

根據(jù)式（2），計(jì)算得到電機(jī)消耗功率為78/0.94 =82.9 kW；

年運(yùn)行成本為Y= 0.6×6 132×82.9 = 305 005（元）

確定可能的節(jié)能方案

（1）確定實(shí)際需求

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)實(shí)際流量340 m3/h，可通過(guò)將110 m3/h 的回流量適當(dāng)減少實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（2）確定可能的方案

① 所有部件不變，僅改變泵的運(yùn)行點(diǎn)

根據(jù)已知的泵曲線，當(dāng)泵在340 m3/h 流量點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，泵的揚(yáng)程為48.7 m、效率66%。

計(jì)算的電機(jī)輸入功率為77.3 kW（電機(jī)效率94%）；年運(yùn)行成本Y1= 284 400（元）

② 改變?nèi)~輪直徑

由于泵運(yùn)行流量降低，系統(tǒng)流阻降低。在不考慮管道流阻情況下，根據(jù)調(diào)節(jié)閥特性其壓力降由1.75 bar 減少到1 bar，泵工作點(diǎn)揚(yáng)程可以降低為41.3 m。根據(jù)泵葉輪切割特性，該點(diǎn)效率為65%。計(jì)算電機(jī)輸入功率63.5 kW（電機(jī)效率94%），年運(yùn)行成本為Y2= 233 580（元）。

③ 采用變頻器驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有泵，系統(tǒng)所有部件不變

降低泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速，使流量達(dá)到340 m3/h，此時(shí)泵揚(yáng)程為37.9 m、效率66%。計(jì)算泵總的功率消耗（含電機(jī)效率94%、變頻器效率95%）為59.5 kW，年運(yùn)行成本為Y3= 218 940（元）。

④ 根據(jù)實(shí)際需求選擇新泵

泵流量340 m3/h、揚(yáng)程41.9 m、效率84%，電機(jī)效率94%。計(jì)算的電機(jī)輸入功率49.1 kW，年運(yùn)行成本Y4= 180 660（元）

（3）對(duì)比分析

根據(jù)上述方案，避免回流是必要措施。在此基礎(chǔ)上采用與需求系統(tǒng)相適應(yīng)的新泵節(jié)能效果最好；采用變頻器驅(qū)動(dòng)的效果次之，此時(shí)還應(yīng)評(píng)估在流量滿足情況下，揚(yáng)程是否足夠的問(wèn)題；切割葉輪是比較經(jīng)濟(jì)有效的方案。最后采取哪種方案，需要根據(jù)一次性投入和運(yùn)行成本的綜合評(píng)估。

2.2.3.3 離心泵多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)簡(jiǎn)介

隨著工業(yè)裝置大型化、城市規(guī)模大型化，離心泵多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)在工業(yè)和市政工程中已經(jīng)成為一種常見的現(xiàn)象。在電力行業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)多采用2臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行方式[3]；在抽水蓄能系統(tǒng)和二次供水系統(tǒng)，存在多臺(tái)離心泵或不同轉(zhuǎn)速泵并聯(lián)的情況[6]；在LNG 接收站和大型PTA 裝置中，往往存在4 ～ 8 臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行的情況[7-8]。

圖5 為多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)圖。在多泵并聯(lián)系統(tǒng)中，一般取完全相同的泵并聯(lián)運(yùn)行，也可以根據(jù)使用需要，采取大流量泵與小流量泵并聯(lián)、可調(diào)轉(zhuǎn)速泵與固定轉(zhuǎn)速泵并聯(lián)，無(wú)論采取哪種組合運(yùn)行，最好每臺(tái)泵的運(yùn)行工作點(diǎn)在該泵的最佳效率附近，或至少在推薦的運(yùn)行流量范圍內(nèi)。

圖5 多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)示意Fig.5 Schematic diagram of parallel operation system of multiple pumps

圖6 給出了三臺(tái)相同性能的泵并聯(lián)運(yùn)行的曲線圖，圖中A點(diǎn)為單臺(tái)泵高效運(yùn)行最小流量點(diǎn)，B點(diǎn)為單泵高效運(yùn)行最大流量點(diǎn)，A-B為單泵高效運(yùn)行范圍；C、D點(diǎn)為兩臺(tái)泵和三臺(tái)泵并聯(lián)高效運(yùn)行的最大流量點(diǎn)。在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，即使是相同泵、相同吸入條件和運(yùn)行轉(zhuǎn)速下，每臺(tái)泵運(yùn)行的流量點(diǎn)也可能不同，但單臺(tái)泵與多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行的關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程相同、運(yùn)行點(diǎn)的揚(yáng)程相同（如A、B、C、D點(diǎn)）。

圖6 三泵并聯(lián)運(yùn)行性能曲線示意圖Fig.6 Schematic diagram of performance curve of parallel operation of three pumps

并聯(lián)運(yùn)行泵系統(tǒng)的運(yùn)行曲線與單臺(tái)泵的運(yùn)行曲線有相當(dāng)大的區(qū)別，兩臺(tái)泵并聯(lián)的運(yùn)行流量是相同揚(yáng)程下每臺(tái)泵流量和；多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)總流量是運(yùn)行揚(yáng)程下每臺(tái)泵的流量總和。

根據(jù)圖5 可知，構(gòu)成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，每臺(tái)泵入口、出口都會(huì)設(shè)置調(diào)節(jié)閥和單向閥。由于零件制造偏差，同一批泵，很難保持每臺(tái)泵自身的性能完全相同；在同一個(gè)并聯(lián)泵系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)各泵間可能存在揚(yáng)程或閥門開度的差異。這是由于泵的流量-揚(yáng)程、流量-汽蝕性能的微小差異，以及布置上的差別，導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)在相同的入口條件下，抽吸能力不同，表現(xiàn)在揚(yáng)程相同時(shí)泵的流量不同；當(dāng)采用控制閥調(diào)節(jié)流量時(shí)，完全相同的兩臺(tái)泵在相同流量下，每臺(tái)泵所對(duì)應(yīng)的管道系統(tǒng)特性不同，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥開度有較大差異[3，9]。由于多臺(tái)離心泵并聯(lián)運(yùn)行相對(duì)單臺(tái)泵存在的問(wèn)題比較多，因此廣受關(guān)注。多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的能耗評(píng)估比較復(fù)雜，節(jié)能方案應(yīng)考慮多方面因素。

2.2.3.4 離心泵多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行節(jié)能探討

根據(jù)前面的分析，多泵并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景較多且復(fù)雜，需要根據(jù)系統(tǒng)配置和泵特性考慮可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能方案。

（1）多泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量保證每臺(tái)泵均運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)附近；

（2）對(duì)供水系統(tǒng)或有流量峰值需求運(yùn)行的系統(tǒng)，并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程中需要調(diào)節(jié)流量，可以采用大泵與小泵匹配，先對(duì)小泵進(jìn)行調(diào)節(jié)直至關(guān)閉小泵，再對(duì)大泵進(jìn)行調(diào)節(jié)直至切換到小泵啟動(dòng)；或采取定轉(zhuǎn)速泵與可調(diào)轉(zhuǎn)速泵匹配，通過(guò)可調(diào)轉(zhuǎn)速泵實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，盡量減少或避免調(diào)節(jié)閥改變流阻特性的方法；

（3）對(duì)工業(yè)裝置多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，盡量采取相同泵，并保證運(yùn)行過(guò)程中各泵運(yùn)行在高效率范圍內(nèi)；需要調(diào)節(jié)的流量范圍較大時(shí)，可采取關(guān)閉一臺(tái)或多臺(tái)泵的方式，減少或避免回流或通過(guò)節(jié)流閥改變系統(tǒng)流阻特性的調(diào)節(jié)方式[10-11]；

（4）對(duì)有條件的工業(yè)裝置，可采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)與汽輪機(jī)或液力透平驅(qū)動(dòng)泵組合方式，汽輪機(jī)（膨脹機(jī)）和液力透平可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)裝置熱能和壓力能的回收，另一方面通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)泵保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；

（5）從泵自身角度，提高泵的性能及能量轉(zhuǎn)換效率，保持泵具有較寬的高效運(yùn)行范圍；從系統(tǒng)配置角度，在保持系統(tǒng)安全性和功能性基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)管線流阻和靜壓力需求，從而減少對(duì)泵揚(yáng)程的需要。

3 結(jié)論

本文介紹了泵系統(tǒng)能耗評(píng)估過(guò)程，從技術(shù)和管理兩方面給出了單臺(tái)和多臺(tái)離心泵并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)節(jié)能建議；以單臺(tái)運(yùn)行離心泵系統(tǒng)為例，介紹了泵系統(tǒng)能耗計(jì)算方法，高效節(jié)能運(yùn)行途徑及節(jié)能效果。

泵作為工業(yè)和市政工程中流體輸送的關(guān)鍵設(shè)備，在工程設(shè)計(jì)中各環(huán)節(jié)多從工藝角度考慮，對(duì)流量或揚(yáng)程層層加碼，導(dǎo)致泵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在較大的能量浪費(fèi)。文獻(xiàn) [1]從系統(tǒng)角度提出了能耗評(píng)估和節(jié)能改進(jìn)方法，對(duì)提高能源利用效率、降低碳排放具有積極的推動(dòng)作用。