循环水泵改造与工艺优化

邓克林

（兰州石化分公司化肥厂，甘肃兰州730060）

循环水泵改造与工艺优化

邓克林

（兰州石化分公司化肥厂，甘肃兰州730060）

通过对某丙烯酸水场循环水泵运行状态的调查，找到了循环水泵效率不高是由于泵电机选型偏小，操作不稳是由于电机定子温度高风机冷却量不足，采取叶轮切割和电机增加冷却风机等改造措施后，优化了泵运行条件，在此基础上通过调查水场用户循环水用量和扬程，论证了停开一台水泵工艺的可行性，叙述了实施后的节能、操作和工艺方面的效果。

循环水场；改造；工艺优化；效果

某丙烯酸循环水场有四台大功率循环水泵，设计为3开1备，主要担负着丙烯酸主装置循环冷却水的供应任务，由于设备大、泵出厂时没有做台架实验，投用后发现出口阀开度只能开到25%，再开大出口阀门，电机实际功率就会超过额定功率，长时间运行电机定子温度将超标造成连锁停车。

在出口阀开度25%情况下，3开1备符合原工艺设计条件，能够满足丙烯酸装置循环水供水需求，但水泵一直在小流量高扬程工况下工作，出口阀能量损失严重，常年多开一台1 000 kW水泵造成巨大的能源浪费。

同时水泵在这种极低的运行效率下，电机长时间满负荷状态下运行，电机温度居高不下，严重威胁着生产。因此，需要调整泵的运行区间，降低电机的定子温度，优化循环水场操作工艺，改变“小马拉大车”的运行状态。

1　技术方案

1.1改变泵的运行状态

1.1.1改造前循换水泵运行状况分析循环水泵型号为800HR，生产厂家为上海凯泉，切削前三台水泵同时运行，出口阀开度25%，循环水泵原始设计参数（见表1）。

表1　循环水泵原始设计参数

经现场和DCS实测，泵的出口压力为6.3 kg/cm2，Q运行=3 200 m3/h，I运行=109 A。再开出口阀I运行最大= 124 A～126 A最大电流远远大于额定电流。

与实际运行参数对比，水泵的设计偏于保守，在实际运行中出现水泵扬程和流量的富裕，水泵选型扬程过高、电机选型偏小，800HR型水泵实际配带功率仅为1 000 kW，致使出现电机电流超载。在实际操作中为避免电机过载连锁停车，在不更换水泵或电机的情况下，通过关小出口阀，人为增加管路阻力消耗多余扬程，降低水泵运行电流，确保水泵可以正常运行，如此一来增加了水泵运行能耗。

1.1.2改造方案的优化与实施为了解决以上问题，可供选择的方案有更换电机、更换水泵、叶轮切削和变频调速等方案，水泵优化方案情况对比（见表2）。

表2　水泵优化方案情况对比

通过正交对比发现，更换电机、更换水泵和变频调速方案实施，存在投资大、经济性差等问题，而切削水泵叶轮投资最少，运行效率较高，改造实施难度低，运行稳定，使用寿命长，因此决定采取切削叶轮的方式进行改造。

由于该泵属于中转数泵，适用于离心泵第一切削定理，切削量按以下公式计算：

其中：D1为叶轮原直径920 mm，P1过载时电机最大输出功率，为1 120 kW，P2不过载时电机最大输出功率，为980 kW。

通过转速比对比可知切削量在允许范围内［1］。考虑到切削后水泵流量的调节，切削量可以控制在35 mm～40 mm，最终切削量定为40 mm。

1.2增加电机风机以降低泵定子温度

循环水泵为保护电机原设计了一台4 kW冷却风扇，并配备单独电机驱动，绝缘等级为F级155℃。电机定子温度设置了六个联锁点，当任何一点温度超过145℃，泵即联锁停车，循环水泵联锁报警值设定（见表3）。

表3　循环水泵联锁报警值

水泵电机长期满负荷状态下运行，电机定子温度居高不下，在冬季也曾经出现过联锁保护跳闸事件，夏季午后机壳经过阳光一天的暴晒，散热效果变差，定子温度容易出现温度升高造成报警和联锁停车，尤其是在气温超过30℃的极端情况下，频繁跳闸。

为防止定子温度高而联锁停机，采取了在原冷却风扇的对侧，增加了一台冷却风扇，同时也单独配备一台功率为4 kW的电机驱动风扇。这样，电机就由单风扇变为双风扇冷却。实际改造后电机效果大大提高，定子温度下降了30℃～40℃，即使在今年夏季35℃高温条件下，定子温度也仅为113℃，增加电机风扇前后定子温度情况（见表4）。

表4　增加电机风扇前后后定子温度情况

1.3优化循环水场运行工艺

该循环水场设计能力为10 000 m3/h～12 000 m3/h，循环冷却水主要供给丙烯酸装置、丁酯装置和甲乙酯装置，以及空压站等公用工程装置，其中丁酯装置和甲乙酯装置相互切换生产。实际上原设计达不到设计能力，循环水水量分配（见表5）。

表5　循环水分配表

实际上在切削前经现场和DCS实测，每台水泵在开度只有25%情况下流量只有3 200 m3/h，3开1备工艺总量9 600 m3/h能够满足装置的用水需求，而采取2开2备工艺总量6 400 m3/h，无法满足生产需求。

经过叶轮切削改造后，单台水泵的流量能够达到4 700 m3/h左右，切削叶轮后循环水泵运行参数（见表6）。

表6　切削叶轮后循环水泵运行参数

与叶轮切削前相比，电机运行电流得到了降低，在满足系统扬程要求的前提下提供了更大的流量，两台水泵出口阀全开就可以提供的流量为9 400 m3/h。

但是此时泵扬程降低，出口阀全开状态下必须考虑管路损失，而丙烯酸主框架高达25 m，这就要求对循环水的操作工艺进行调整，以同时满足流量和压力两个工艺参数［2］。

流量方面，由于丁酯和甲乙酯装置互为切换生产，因此在实际操作过程中，可以尽量关小停用装置的进口总阀以减少用水量，用缩减的用水量来满足用户管路调节压力的需要。

压力方面，可以通过关小循环水装置回水总阀来提高循环水装置供水压力，即循环水泵的出口压力实现。

通过以上工艺调整，整个循环水系统工艺平稳，丙烯酸主框架四层25 m高处20台换热器冷却介质充足，换热效果良好，工艺优化后循环水系统关键点压力情况（见表7）。

通过关小停用装置的进口阀和关小循环水装置回水总阀的工艺操作优化，增强了少开一台水泵的条件下循环水系统运行的安全稳定性。

表7　工艺优化后循环水系统关键点压力情况

2　改造后的效果

改造项目逐步实施后，通过近1年的观察，循环水泵2开2备工艺运行平稳、设备运转正常，保证了丙烯酸主装置的循环水供应，达到了优化工艺、节能降耗的技术改造的目的。

2.1节能效益

由于丙烯酸主装置生产工艺的特殊性，该设备为长周期运行设备，若按每天运行24 h计算，每台水泵每年的耗电量用M1表示，则由于少开一台水泵可以节约电量M1：

兰州地区工业用电目前约为0.63元/度，一年可产生经济效益M2：

2.2设备的可靠性

通过切削叶轮改善了泵的运行状态，通过增加风扇降低了电机定子温度，使得循环水系统关键设备运行得到保证，目前循环水泵电机定子温度联锁已经申请解除。

2台水泵停用方便了设备检查和检修，2台水泵轮换检修，始终有一台泵处于备用状态，即使必须安排在大检修期间的设备大修，也可在安排在开工期间，保证了大修的质量和效率。

2.3工艺操作的优化

通过调整丁酯装置和甲乙酯装置切换生产过程的用水量和调节循环水进口总管压力，进一步扩充了2开2备水泵运行循环水生产能力，使供水量和供水压力得到了保证，且有一定的操作空间，增加了机泵操作抗风险的强度。

同时循环水保水量的稳定，对于水质调节和水量损耗都有益处。

3　结语

循环水水场是生产装置的公用工程配套单元，其大型水泵往往是整个装置的关键设备，由于设计选型、采购施工等环节的失误，往往开车后会出现运行偏差，造成操作困难和能源浪费，需要不断从现场实际入手进行技术改造，完善设备、优化工艺，才能够最大化地利用资源，达到效益最大化。

对于大型的关键转动设备，必须设置自启动控制系统，以防止异常状况下由于开启备用设备不及时影响装置的正常稳定运行［3］。该水场水泵原设计没有设立自启动控制系统，2开2备水泵运行无疑加大了这种风险，需要尽快启动循环水泵自启动技改项目。

［1］洪宇，王志斌.离心泵叶轮切削实践［J］.钛合金，2005，（6）：19-21.

［2］姚玉英.化工原理［M］.天津：天津大学出版社，2002.

［3］厉玉鸣.化工仪表及自动化［M］.兰州：化学工业出版社，2002.

Optimizing operation process of circulating water pump

DENG Kelin
（Fertilizer Factory of Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou Gansu 730060，China）

Based on an circulating water field investigation of circulating water pump running state，find the pump efficiency is not high is due to pump motor selection，small operating instability is due to the stator of high temperature fan cooled motor capacity insufficiency，take the cutting impeller and motor to increase cooling fan modification measures，pump running condition on the basis of optimization，through the investigation of water field user circulating water dosage and lift，proves the feasibility of stop a pump technology，describes the energy saving，operation and process after the implementation of the effect.

circulating water field；transformation；process optimization；effect

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.02.032

TE964

B

1673-5285（2015）02-0117-04

2014－12-19

邓克林，男（1970-），工程师，1993年毕业于兰州化工学校石油化工专业，2005年毕业于天津大学化学工程与工艺专业，现从事生产工艺管理工作，邮箱：dengkelin@petrochina.com.cn。