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輸油泵變頻節(jié)能工藝技術(shù)研究

文檔作者：孫邈，王岳，曲道天，馬立新，孟祥謙文檔來源：遼寧石油化工大學(xué)儲運(yùn)與建筑學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月10日
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一
66一 ■ 節(jié)能減排 2石0油10與年化第工13設(shè)卷備
輸油泵變頻節(jié)能工藝技術(shù)研究
孫邈，王岳，曲道天，馬立新，孟祥謙
(遼寧石油化工大學(xué)儲運(yùn)與建筑學(xué)院，遼寧撫順113001)
[摘 要] 本文對長輸管道變頻節(jié)能技術(shù)的工作原理進(jìn)行了分析，通過實(shí)驗(yàn)對調(diào)節(jié)閥門開度和改變泵的轉(zhuǎn)速~4-t2r對比。利用
變頻技術(shù)可輕易地改變泵的轉(zhuǎn)速，克服因關(guān)小閥門而產(chǎn)生的壓頭損失，使其輸送壓頭減小了6．8m，節(jié)省能耗38％。
[關(guān)鍵詞]輸油泵；變頻節(jié)能；工藝技術(shù)
1泵機(jī)組變頻節(jié)能工藝?yán)碚摲治?
調(diào)速節(jié)能的原理在于提高泵機(jī)組的能量利
用率，使能量的需求與供應(yīng)相匹配，減少能量損
失。能量利用率是對泵機(jī)組能耗評價(jià)的重要標(biāo)
志， 它與管道設(shè)計(jì)、泵機(jī)選型、泵和電機(jī)的運(yùn)行
效率有密切關(guān)系，可用式(1)表示：
、I，=H ／H6／rl b xrl ×100％
或 =(1一△ ／ 6)／116~rl。X100％ (1)
式中： 一能量利用率％ ；
r1b一泵的運(yùn)行效率；
e一電機(jī)的運(yùn)行效率；
Hx一需要的泵揚(yáng)程，m；
Hb一泵出口實(shí)際揚(yáng)程，m；
△H一泵的剩余揚(yáng)程，AH=Hb—Hx，m。
從式(1)可知， 要提高能量利用率， 就
應(yīng)提高泵和電機(jī)的運(yùn)行效率，減小泵的剩余揚(yáng)
程。當(dāng)泵的制造技術(shù)達(dá)到一定水平時(shí)， 其效率
很難繼續(xù)提高。目前國產(chǎn)高效離心泵的效率為
65％~75％， 尚有一定潛力可挖；進(jìn)口優(yōu)質(zhì)泵的效
率為75％～90％ 。電動機(jī)的效率比較高， 一般在
90％ 以上。當(dāng)泵和電機(jī)已經(jīng)確定，系統(tǒng)的能量利
用率首先與泵的剩余揚(yáng)程有關(guān)，其次是泵的運(yùn)行
狀態(tài)(是否在高區(qū))。變頻調(diào)速就是從這兩個(gè)方
面來提高能量利用率， 從而達(dá)到節(jié)能目的。理論
上，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)可使剩余揚(yáng)程為零，并使泵在
高效區(qū)工作。對剩余揚(yáng)程較高的系統(tǒng)，其節(jié)能效
果是十分顯著的。
由圖1可知， 當(dāng)系統(tǒng)在M點(diǎn)(通常稱為泵和
管道系統(tǒng)的工作點(diǎn))工作時(shí)，Hb和Hx相等，
AH=0，沒有揚(yáng)程損失，能量利用率較高。當(dāng)操作
流量減少時(shí)，△H增大，揚(yáng)程損失發(fā)生在出口節(jié)流
上。節(jié)流閥調(diào)節(jié)時(shí)，往往使泵偏離了高效區(qū)，使
泵的效率降低。
采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，使泵
的特性曲線下移(見圖1)， 管道系統(tǒng)新的工作點(diǎn)
為P點(diǎn)，泵的出口揚(yáng)程與管路總壓降相等，沒有剩
余揚(yáng)程，不存在節(jié)流損失，因而能量利用率較高。
根據(jù)相似原理，調(diào)速后泵的效率近似相等，可保證
泵在高效區(qū)工作，因此節(jié)能效益十分可觀。
H
曲線
圖1 管路和泵的特性曲線
1．1比例定律
由于離心泵在某一恒定的轉(zhuǎn)速下，只能有一組
H—Q、N-Q和n—Q性能曲線。改變泵的轉(zhuǎn)速，將得
到不同的性能曲線，在不同轉(zhuǎn)速下，泵相似工況點(diǎn)
的性能參數(shù)的變化規(guī)律用比例定律來確定。
當(dāng)泵轉(zhuǎn)速由n 變?yōu)閚 時(shí)，若輸進(jìn)的介質(zhì)不變，
根據(jù)相似定律，在不同轉(zhuǎn)速下相似工況點(diǎn)的對應(yīng)
參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間有如下關(guān)系：
Q1／Q2 】1／力2 (2)
Hl／H2=(／／l／n2) (3)
作者簡介：孫邈(1 984一)，男，2007年本科畢業(yè)于遼寧石油
化工大學(xué)油氣儲運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)為遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運(yùn)專業(yè)在
讀碩士研究生。
第6期 孫邈等輸油泵變頻節(jié)能工藝技術(shù)研究 一67一
N1／N2=(nl／n2) (4)
以上公式為比例定律的表達(dá)式， 根據(jù)比例定
律，可得到同一臺泵(輸送介質(zhì)不變)在不同轉(zhuǎn)
速下的性能曲線(見圖2)。
H
H1
H2
Q： Q Q
圖2 變速后H-O曲線的換算和相似拋物線
1．2相似拋物線
泵連續(xù)改變轉(zhuǎn)速時(shí)，相似工況點(diǎn)移動的軌跡
曲線，即為相似拋物線。
由圖2可知，如泵在轉(zhuǎn)速n 時(shí)性能曲線H。一Q。
上有一工況點(diǎn)A。， 當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)閚：、i1，?? 時(shí)， 與
A，點(diǎn)相似的各工況點(diǎn)為A：、A，??根據(jù)比例定律
有：
Ql／Q2~N1／1-12
凰／H2=(／'／l／m)
故日。／Q12=H ／Q： ／Q (常數(shù))， 即
日=KQ (5)
式中：H一揚(yáng)程，m；
Q～流量，m。／h；
n一轉(zhuǎn)速，r／min；
l 隨工況不同的常數(shù)。
1．3調(diào)速后泵的速度和軸功率
若實(shí)際輸量為Qp，泵提供的揚(yáng)程為Hp，泵的
速度及軸功率的計(jì)算步驟如下：
(1)求與P點(diǎn)相似的軌跡方程：
根據(jù)相似拋物線H=KQ ，得K=HpQ P，于是
H=KpQ ，對運(yùn)行泵做軌跡方程，與泵在額定轉(zhuǎn)速
n0下的性能曲線交于M點(diǎn)，于是可得M點(diǎn)對應(yīng)的各
參數(shù)(QM、HM、rl M)(見圖3)。
(2)計(jì)算調(diào)速后的轉(zhuǎn)速：
Q(m rh) (
圖3 調(diào)速泵性能曲線圖
， ％
根據(jù)比例定律Q1／Q2：／'／1／，z2，調(diào)速后的轉(zhuǎn)
述為n =(Q ／n )／Q (6)
(3)計(jì)算軸功率：
泵的軸功率為：N=pgQH／1000q
式中：N一軸功率，kW；
H一揚(yáng)程，m
◇一流量，m ／s；
p一介質(zhì)密度，kg／m ； ’
g__重力加速度，m／s ；
r1一泵效率。
故調(diào)速后泵的軸功率為：Ⅳ =pgQpH ／1000rl
若不調(diào)速而用出口調(diào)節(jié)流量，則當(dāng)流量為Qp
時(shí)，泵的功率為
N=pgQpH／1000rl
故AⅣ=N—Np=pgQp／lOOO×(H／rl一日P／T1P)
根據(jù)相似定律， 相似工況點(diǎn)的效率大致相
等，因P點(diǎn)與M點(diǎn)為相似點(diǎn)，故： =T1 可在圖
(3)中查到，于是：
AN=pgQp／lOOO×(日／11一日 ／n )
式中： rI—A點(diǎn)所對應(yīng)的泵效率
2調(diào)速實(shí)例
對單泵操作進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，首先測定了
IHG32-125型離心泵在轉(zhuǎn)速為2900r／min時(shí)的工
作情況，對其進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)測試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表
1，并由此繪出不同流量調(diào)節(jié)方式的特性曲線，
如圖4所示。由實(shí)驗(yàn)可知，該泵的最高效率約為
35％ ，其最佳工作范圍是4．5～6．5m ／h，與生產(chǎn)
廠家出具的測試數(shù)據(jù)一致。

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