郭 雷 宁晓晓 裴 蕾

(洛阳中硅高科技有限公司， 河南 洛阳 471023)

0 前言

随着我国工业发展速度不断加快、经济快速增长的同时，工业企业的能耗问题也随之显现。为了确保我国工业产业的可持续发展，必须采取合理可行的措施去降低能耗。节能降耗对于一个企业的发展是至关重要的，企业开展生产的目的就是为了获得最大利润，而节能降耗能够减少企业用于生产中的能源，从而减少生产成本[1]。工业循环水系统在工矿企业运行中，占据较大的生产运行成本，且存在不同程度上的能耗浪费，增加了企业的成本。本文对某多晶硅厂的三期循环水泵的节能技术改造、降低能耗的实施案例进行了阐述。

1 循环水系统水泵生产现状

1.1 循环水系统的基本情况

某多晶硅厂三期低压循环水系统的增压泵在正常情况下有3台运行，设在三期循环水泵房的低压循环水泵将三期冷水池内的软化水加压供往原料车间、动力车间、热能车间、还原车间等，回水进入三期冷却塔降温后流入三期冷水池。水泵及其配套电机的运行参数见表1。

在正常情况下，该循环水系统的母管压力要求控制在0.4～0.55 MPa,运行时一般保持在0.4～0.45 MPa。在现场，经过使用专业仪器检测，循环水系统的母管流量约为5 000 m3/h，母管压力为0.46 MPa，通过查阅近一年的运行数据表，此两项数值相对较为平稳。3台水泵的运行功率分别为398.98 kW、391.55 kW和397.77 kW，水泵出口蝶阀开度分别约为90°、65°和80°。

表1 水泵及其配套电机的运行参数

1.2 循环水系统水泵耗能分析

1.2.1 水泵实际运行区间严重偏离高效运行区间

通过查阅KPS75- 250水泵的性能曲线图可知，在扬程为71～76 m、流量为1 200～1 500 m3/h时，是该水泵工作的高效运行区间(η≥85%)。根据岗位员工抄录上位机显示的数值记录，计算出水泵的实际工作扬程均值为50 m、流量均值约1 800 m3/h。此时，水泵的实际运行效率低至60%左右，即水泵实际运行区间严重偏离高效运行区间，这是水泵能耗高、效率低的最根本的原因。因此，只有提高水泵的实际工作效率，才能达到节能效果。

1.2.2 叶轮出现汽蚀损害

水泵的叶轮材质为球磨铸铁，经过前期对水泵解体检查发现，叶轮出现了汽蚀损害，而且表面粗糙，并伴有局部穿孔的情况。这在一定程度上降低了水泵的效率，增加了能耗。另外，经现场观察，由于叶轮汽蚀的原因，导致泵腔内的噪声及震动偏大。

1.2.3 部分水泵出口阀门未全开

部分水泵出口阀门未全开，有局部损失，会造成能量的损耗。这说明水泵在运行时出现了流量大而需求量小，需要通过调控阀门来达到满足生产的情况。这种情况可以理解为“大马拉小车”，从而使能耗增加。

2 节能改造方案

2.1 设备节能技术改造的要求

对设备进行节能技术改造，必须满足三个条件：

1)满足生产需要，即改造前、后系统各种参数应一致。

2)尽量降低改造项目的成本，能利旧的设备要利旧。

3)改造实施过程应不影响生产工作。

2.2 技改水泵的选择

2.2.1 选择高效节能型水泵

通过循环水系统水泵的耗能分析可以看出，提高水泵的效率是节能的关键。我国水泵生产企业技术水平参差不齐，技术水平较低的水泵从根本上效率就偏低，选择这种水泵显然满足不了节能的需求。经过考察了解，公司原使用的产品即为高效节能水泵，KPS型部分产品离心泵获得了节能产品认证，并已被列入《节能机电设备(产品)推荐目录》[2]，因此，继续使用该公司生产的水泵作为技改水泵。

2.2.2 确定技改水泵参数

如果原系统流量计显示值与真实值相比偏高，依据原流量计数值进行分析定制水泵，则定制的水泵依然会存在不能在高效区运行的问题，节能效果打折扣；如果原流量计显示值与真实值相比偏低，则会导致定制水泵因出水量小而无法满足生产需求的问题，节能改造失败。所以，为了精准确定水泵的流量、扬程等参数，应“抛弃”原系统自带的压力、流量等检测仪器显示值，避免因这些检测仪器年久失修带来的误差影响参数的确定。

本项目中，原检测仪器显示的流量均值为1 800 m3/h，与现场实测流量数据均值有一定的误差，故应采用校验准确的检测仪器复核当前运行的工况参数，以准确判断引起高能耗的各种原因，找到最佳工况点，提出最佳匹配方案[3-4]。然后通过整改不利因素，按最佳运行工况参数“量身定做”适合系统的高效节能水泵产品，替换目前系统中严重偏离高效运行区间的水泵，消除因系统配置不合理引起的高能耗，达到最佳节能效果。

根据实际的运行工况(母管压力0.46 MPa、母管流量5 000 m3/h、水泵情况)以及确保系统有一定富裕量，确定技改水泵的参数为：流量1 700 m3/h，扬程47 m。

2.2.3 确定技改水泵型号

根据已确定水泵的参数，并查阅泵生产企业提供的选型手册(图1)，可供选择的泵型号有2种：KPS50- 350、KPS115- 500。

由图1可知，KPS50- 350水泵的转速为1 480 r/min，KPS115- 500的转速为980 r/min。原水泵的配套电机转速为1 480 r/min，从降低改造项目的成本，能利旧的设备要利旧的原则考虑，尽量利用原电机，原电机转速与功率均可以满足KPS50- 350水泵的运行使用要求，故最终选择KPS50- 350水泵作为技改水泵。

图1 KPS系列水泵型谱图

2.2.4 确定技改水泵叶轮的材质

原水泵叶轮的材质为球墨铸铁，铸铁材料的晶粒结构不够致密，抗应力腐蚀能力不强，在发生汽蚀的情况下，容易快速形成汽蚀破坏，因此，技改水泵不再选用球墨铸铁叶轮，以避免发生汽蚀对设备及后续节能带来的问题。抗汽蚀能力随材料硬度的增加而增加，但为了达到较好的耐汽蚀性能，除硬度外，还要求材料具有一定的延伸性、均匀的组织成分、较细密的晶粒、光滑的表面和较高的耐腐蚀性能。适合这方面的材料很多，有Co- W硬质合金、青铜合金、不锈钢、双相不锈钢等[5-6]。经与水泵生产厂家技术人员的沟通和探讨，确定叶轮采用双相不锈钢材质。双相不锈钢是目前合金元素含量较低、耐应力腐蚀的钢种，抗汽蚀能力极强。

2.3 节能改造需要注意的其他细节

1)因电机利旧、水泵型号变化，原配套的联轴器已不能使用，应根据原电机、技改水泵的实际情况定制适配的联轴器。

2)因原水泵与技改水泵相比尺寸发生变化，技改水泵的基础、进出口法兰、异径管等在改造工作实施前应提前确认，避免因物资准备不充分影响技改的实施。

3)在改造实施前，应测试水泵进出口管道上的阀门密封性能是否良好。如阀门密封性能差，造成泄漏量大，就会影响技改水泵的更换工作。如出现这种情况，应提前做好补救工作，如在阀门后加装盲板。

4)为了精确计算节能效果，可在技改前对水泵增加单独的电力计量设施，计算出技改前后的水泵功率，以方便对比。

3 节能改造效果

通过逐台改造的方法，拆除原有水泵，替换成技改水泵。安装完成1台即调试运行1台，最终在12天内，完成了3台水泵的节能改造工作。改造完成后，3台水泵的出口阀门全开，系统的母管压力在0.43～0.48 MPa、流量在4 900～5 200 m3/h区间运行，可以满足生产使用。另外，相比于原水泵，技改水泵的震动更小、噪声更低，运行状况明显改善。循环水系统水泵改造前后的功率和节电率见表2。

1)经济效益。由表2可知，节能改造后，循环水系统水泵每小时节电量为368.41 kWh，按照年运行8 000 h、电费0.5元/kWh计算，年节电收益为147.4万元，经济收益显著。

表2 水泵改造前后功率对比

注：节电率=(技改前功率-技改后功率)/技改前功率×100%

2)环保效益。根据国家发改委的数据，每生产10 000 kWh电消耗标煤3.6 t，排放二氧化碳9.59 t[7]。根据表2，技术改造后可节省标煤约1 061 t/a，减少二氧化碳排放量约2 826 t/a。

4 结论

1)水泵的实际运行流量、压力与水泵的额定值相比偏离较多，造成了效率低且耗能高。采用节能技术改造的水泵匹配现有系统，与系统原有水泵相比，大幅提高了运行效率，具有良好的节能效果。

2)掌握循环水系统的真实情况是节能技改成功的前提和关键。这些情况包括循环水系统的流程、设备参数、母管压力、母管流量、运行功率等。其中，母管压力、母管流量、运行功率需要采用专业的检测设备检测。

3)对影响节能的制约点，应逐个分析，制定相应的措施进行消除。

4)双相不锈钢材质的叶轮抗汽蚀损害性能优良。水泵技改运行半年以后，对其中1台水泵解体检查发现，叶轮表面光滑完好，无损伤痕迹。