离心泵节能技术在油田的应用探析
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【摘要】我国正在大力倡导能源资源的可持续发展，对能源的节约、提高能源利用率的要求越来越高。离心泵是油田生产运输过程中广泛使用的耗能设备，耗能量在油田总耗能量占的比例较大，因此，如何降低离心泵的耗能度的研究具有十分重要的意义，本文就针对离心泵的主要耗能因素进行分析，并探讨分析了几种常见的离心泵节能技术。
【关键词】离心泵 能耗 节能技术 变频调速
1 前言
离心泵因具备运行平稳、效率高、维修率低、易于调节等优点在油田生产运输过程中广泛使用，成为输油泵站主要的动力设备。由于使用量大且较为集中，耗能量在油田总耗能量占的比例较大，因此，如何降低离心泵的运行能耗已经是节能降耗的重要课题之一。本文通过分析离心泵的主要耗能因素，对车削离心泵叶轮直径、离心泵的串并联方式使用、减少多级泵的叶轮级数、通过变频调速改变叶轮转速等节能技术进行分析研究，作为研究节能技术的一些参考。
2 影响离心泵耗能的因素
2.1 机泵结构设计制造
高水平的制造工艺能够保证机泵高效长期作业。机泵的结构设计是否合理，各个部件的尺寸精确度和形状正确性是否达标，装配质量是否过关，都影响着机泵的作业效率和耗能程度。
2.2 机泵型号的选择
由于油田管路的实际情况不尽相同，我国市场上机泵型号不齐全，如何选择最符合实际需求的机泵型号存在一定的难度，为求保险一般会选择杨程裕量大的机泵，使得机泵无法在高效区内运转，导致运行效率无法达到最高效率点[1]。另外，机电的选择也非常重要，机电负载率高会出现“大马拉小车”的现象，反之则会使电机功率因数下滑，增加没必要的无功耗损，导致输电线损加重，造成能源浪费。2.3 机泵的运行状况
机泵的运行状况受到许多因素的影响，机泵自身问题、操作条件、调节方法以及运行环境等都会对机泵的运行状况产生影响。机泵运行状况的好坏是影响机泵能耗的最重要的因素，因此，一般的离心泵节能技术都是以改善机泵运行状况为出发点和目的。
3.1 车削离心泵叶轮直径
离心泵目前以叶片式离心泵为主，通过高速旋转叶轮抽送工质完成作业。将离心泵叶轮的直径由D车削至D'时，以下车削定律成立：
H/H′=D/D′ （H、H′为车削前后离心泵的扬程）
Q/Q′=（D/D′）2 （Q、Q′为车削前后离心泵的流量）
N/N′=（D/D′）3 （N、N′为车削前后离心泵的功率）
利用离心泵叶轮扬程、流量等相关数据，就可以结合管路需要的压力通过该定律计算出叶轮车削的直径[2]。叶轮直径通过车削后缩小，离心泵的扬程功率以及流量因此降低，以满足实际管路需求。该技术虽然有效，但是需要使用精密的机床设备进行操作，为了防止撤销过量导致车削报废，还要注意进行分部操作，且车削后叶轮无法恢复，因此流量只能减小不能增大，限制了使用范围。
3.2 离心泵的串并联方式使用
离心泵的串联或并联是在单台离心泵已经无法达到输送目的时使用的技术方法，以提高流量或者压力都满足输送要求。离心泵的并联是指两台以上（含两台）的离心泵同时作业于同一处管路。一般在两种情况下采取离心泵的并联措施。一种情况是当需要扩建机组时，流量需求也相应增加，但原有的离心泵依然能够正常作业。另一种情况是流量受外界影响，波动幅度很大，这就需要使用两台甚至是多台离心泵并联工作，以保证离心泵工作的高效率。根据实际流量来增减作业的离心泵台数。离心泵的串联是指两台或多台流量相同的离心泵共同作业，且串联的离心泵工况点流量必须相等或者相近才能保证其高效作业。且必须对离心泵的密封装置以及壳体进行承压检查，保证满足作业需求。
3.3 减少多级泵的叶轮级数
多级离心泵的作业效率与多个串联使用的单级离心泵作业效率相同。并且有：H=C×h；N=C×n；（H=多级离心率扬程；N=多级离心率功率；C=叶轮级数；h=单级叶轮扬程；n=单级叶率）由该公式可以得出，当多级离心泵扬程过高时，可以适当减少叶轮级数以满足系统实际需要[3]。该方法操作简单，在使用前简单计算就可得出需要减少的叶轮级数，并且效果十分明显，因此得到广泛的应用。其缺点在于在减少级数时只能进行整体拆除，并且只能在相对稳定的作业环境下进行。
3.4 改变离心泵叶轮的转速
改变离心泵叶轮的转速是指在离心泵作业已经达到流量与扬程的需求前提下，改变离心泵叶轮的运行速度，已达到节能降耗的目的。目前改变离心泵叶轮的转速有两种方式，一种是改变电动机转速，另一种则是增加变频调速。从实际应用的情况分析，变频调速的节能效果较之改变电动机转速方式显著，该技术能够节约剩余的扬程并提高离心泵的运行效率[4]。变频调速技术的发展在近几年来非常迅速，已经可以满足石油化工行业的技术需求，高效的变频调速体系在石油化工企业中被广泛使用。具有使用简便、节能降耗、易于形成自控系统等优点，已经成为企业提高效益的有效途径之一。而管道运输行业中设备多属高耗能设备，变频调速技术的运用能够降低设备能耗，降低企业经济成本。利用变频调速技术实现离心泵调速后，离心泵耗能明显下降，节能效果十分显著，并且具有以下几个优势：
（1）离心泵实现了自动调节控制，供水达到动态平衡，水泵的转速实现了平滑调节。
（2）可达到20：1的调速范围，在整体调速范围内的调速效率高[5]。
（3）离心泵启动与停机时能够实现软启动、软着陆，避免了系统水击现象的出现。
（4）可实现对离心泵的电压、电流、运行转速以及运行频率等参数进行实时在线监控。
（5）能够延长离心泵的使用寿命，降低维修率，实现离心泵的长期高效作业。
（6）降低离心泵作业噪声，保护环境。
4 结束语
由以上针对影响影响离心泵耗能的因素以及几种离心泵耗能技术的分析研究得出：
（1）影响离心泵能耗的因素较多，自身构造设计、质量以及运行过程中各种外在因素都会影响的离心泵的耗能产生影响。
（2）离心泵的节能技术多样，根据实际情况进行选择适合的技术应用，才能实现真正的节能降耗。
（3）未来的节能技术将向新科技领域方向发展，实现智能化、自动化节能降耗，以达到更合理更经济的节能目标。然而，单纯依靠节能技术来进行节能降耗是比较片面的，石油化工企业应该提高全体员工的环保意识，从根本上带动节能工作的开展；进行科学合理的能源管理，全面实现节能降耗，从而提高企业的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 于建基.离心泵叶轮变径实践[J].甘肃科技，2010，60（22）：691-707
[2] 白庭河，贾国静，杨晓霖，伍茂林.离心泵非定常流场计算和影响使用寿命的因素分析[J].甘肃科学学报，2011，76（01）：127-134
[3] 康新刚.浅论压力容器无损检测技术[J].科技资讯，2010，67（14）：248-257
[4] 齐学义，刘永明，胡家旺，李凤成.提高超低比转速离心泵效率的方法[J].水电能源科学，2011，254（02）：369-378