CN103307446B - 一种稳定流量水***的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定流量水***的节能方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，测量现有水***的管网阻力损失；步骤2，通过对现有***水***管网进行整改；步骤3，测量整改后水***中的水泵扬程；步骤4，依据水***管网特性、流体动力学方程及水泵工作效率曲线得到适合水***的最佳水泵。该水***的节能方法实现简单，运用本方法可大幅节省水***耗电量，节能效果显著，选用的新水泵不仅可以满足当前水***的需求，而且还保留了以后的扩展空间，降低了水***的设计制造成本。

Description

一种稳定流量水***的节能方法

技术领域

本发明属于冷却、循环、给水等领域的水输送或循环***，涉及一种稳定流量水***的节能方法。

背景技术

水输送或循环***广泛应用于冷却、循环、给水等领域，其电力消耗巨大，达世界电量消耗的20％。在水输送或循环***中，大量存在水泵与***管网匹配不合理的问题，造成极大的能源浪费。

水***的能耗主要是水泵产生。在实际的工程中，水***的常规设计和水泵选型常常按最不利工况设计和匹配，而且为了片面的追求安全，一般在最不利工况下都有20％～30％的余量，而每一台水泵都有一个效率曲线，只有在额度的流量和扬程下效率最高，这就使得水泵的选型必定处于低效率，高能耗状态，极大的浪费能源。

由于水***有较大的余量，人们经常通过关闭部分阀门开度来运行，好多***阀门的开度只有30％～50％。随着科技的进步，最近出现了把阀门全开，采用变频来调节水泵电机转速的方法来节能，节能率在10％～50％，但是同时由于转速降低，流量下降，水泵的实际运行效率就会下降，而变频本身耗电3％～5％，因此采用单一的变频节能方案，***能耗还是比较高。同时由于多了一个运行环节，***的稳定性有所下降，而且变频器价格昂贵，所以急需寻求一种更合适的节能纠偏方法。

发明内容

本发明所有解决的技术问题是提供一种稳定流量水***的节能方法，利用这种方法对水的输送和循环***实现最节能运行，解决水泵与***管网匹配不合理的问题，通过分析和整改水***，提供水泵的最佳选型方案，使得水***耗能最低，提高***工作效率，降低了水***的设计制造成本。

发明的技术解决方案如下：

一种稳定流量水***的节能方法，包括以下步骤：

步骤1：计算现有水***的管网阻力损失；

1)测量水泵输出的水温T及水泵电机的运行功率P_功率，测量水泵进水口及出水口的水压P_1水压、P_2水压、液体流速V₁、V₂以及水泵进水口及出水口水流量Q₁和Q₂；

2)测量水***中水池面与水泵出水口的顶端位置的高度差△Z；

3)根据水***中管网特性，查给排水手册中ζ，计算管网阻力损失△h：△h＝ζV²/2g，其中g是重力加速度，单位是m/s²，V是管网中水流速度，单位是m/s，ζ是指阻力系数；

步骤2：依据步骤1测得的管网阻力损失对现有水***管网进行检测和维修，具体操作步骤如下：

1)检测水***的水泵进水口处水流量Q₁和水***管网节点出水口处的水流量Q₂，若两者相差超过3％，则判定***管网中跑、冒、漏及滴水现象严重，依次检查从进水口处节点到水***管网节点出水口处，对存在这种现象的节点进行修复；

2)检测水***中交换器装置的内阻r，若检测值超过铭牌上标注的额定值，则判定交换器装置工作不正常，对其进行维修；

3)调节水泵阀门开度到90％～100％，若观测到过滤器堵塞，则判定过滤器不可正常工作，需对其清洗或更换；

步骤3：对整改后的水***，重复进行步骤1中的测量，得到整改后水***中水泵输出水温T′，水泵电机的运行功率P_功率′，水泵进水口及出水口的水压P_1水压′、P_2水压′、液体流速V₁′、V₂′以及水泵进水口及出水口水流量Q₁′、Q₂′，水***中水池面与水泵出水口的顶端位置的高度差ΔZ′，令p₂＝P_2水压′、p₁＝P_1水压′、v₂＝V₂′、v₁＝V₁′z₂-z₁＝ΔZ′，求得整改后水***的水泵扬程H： $H=\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{{v_2}^2-{v_1}^2}{2g}+(z_2-z_1)$

式中：p₂、p₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口处水压；

v₂、v₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口处液体的流速；

z₂、z₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口压力表装置到任选的测量基准面的距离；

步骤4：利用从步骤3中得到的H、Q₂′及ΔZ′，令Q＝Q₂′，ΔZ＝ΔZ′，根据流体动力学方程H＝KQ²+△Z求得整改后水***的K，其中，Q为水***执行部件出水口处水流量，K为水***特性常数，绘制整改后水***的管网水力特性曲线，依据水泵的工作效率曲线中的最高工作效率的水流量Q_i，在管网水力特性曲线上找出对应的水泵扬程，确定最佳工况点k；

步骤5：根据最佳工况点k对应的H_k、Q_i和输送水温T′，选取达到水***所需的扬程及水流量，且工作效率最高的水泵替换原有水泵。

所述步骤1中水泵电机的运行功率的测量方法包括两种：1)利用功率表直接测量；2)测量其工作电压U、电流I，并从铭牌获取功率因数利用计算。

所述步骤1中，若水***中存在两个或两个以上的水泵并联使用，则需测量每个水泵进水口和出水口处水压P1_压力、P2_压力，液体流速V1、V2，以最大水泵扬程作为***的扬程。

所述步骤2中，对节点处水流量的检测，还包括整个***中部件与管道连接处的水流量的检测，对水流量进行测量前后相差超过3％的节点内的管道或部件进行维修。

有益效果

本发明提供了一种稳定流量水***的节能方法，采用本发明提供的方法通过对现有水***的工作状况进行分析和整改，为其重新选取合适的新水泵，可使水***低效率、高能耗的工况得以改善或消除，从而提高水***工作效率，并使得水泵电机运行更平稳，发热、震动、噪音、气蚀等现象得到有效抑制，解决了水泵与***管网匹配不合理的问题，对比实验数据，结果表明，运用本方法可大幅节省水***耗电量，节能效果显著，选用的新水泵不仅可以满足当前水***的需求，而且还保留了以后的扩展空间，降低了水***的设计制造成本。

附图说明

图1炼铁高炉常压水***结构框图；

图2水泵性能曲线与管网水力特性曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

结合附图以某钢厂供水厂19#水站SP***节能技改对本发明做进一步的详细说明。

SP***为软水密闭***，在本***中，经过用户使用后的回水通过板式换热器进行冷却，然后进入水泵入口进行再次循环。

本***供4#高炉冷却壁和炉底冷却，包括3台水泵，2台正常使用，1台备用。每套***设计流量5200m³/h。此***共配有3台水泵。

1.获取相关参数，测得现有水***的管网阻力损失；

(1)水泵和电机的铭牌参数可以从现场铭牌上获取，若铭牌不清可以从设备原始资料查得，泵型号600S47，水泵额定流量2600m³/h，额定扬程52m。配套电机为YKK5003-6/560kW/10kV/41.2A/990rpm；

(2)用温度计或别的仪器测量水泵输送的水温，若判断温度在0～70℃可不测。

(3)水泵电机的运行功率P_功率采用测量电流I、电压U及功率因数按公式计算：从铭牌获取，电机功率因数

(4)采用压力表或真空表对选定的水***节点进行压力测定，采用超声波流量计对流量、流速进行测量；

A.分别对水***中运行的2台并联的水泵的进、出水节点a和b，测量水泵进出口压力P1、P2。

B.选取水***中b点，测得水泵流量Q₁＝2555m³/h、Q₂＝2600m³/h，选取e点，测得水***末端流量∑Q＝5110m³/h。

C.选取水***中水泵的进、出水节点a和b，测量水泵进、出口水流速分别V1＝2.5114m/s、V2＝3.6164m/s，因为两个水泵进、出口处的流量相差不到45m³/h，换算到m/s，相差为0.0125，影响微乎其微，以两者的平均值作为水***中水泵的进、出口水流速。

D.测量水***中水池1和冷却装置4的高度差△Z＝18，单位：m。

E.由于***冷却壁和炉底回水阀门开度均为30°左右，并且总管上有两个蝶阀阀门开度40°左右。根据管网特性，查给排水手册表，对阀门进行阻力计算，得出口阀门处的阻力损失△h＝25m；

其中，H—扬程，m；P1，P2—泵进出口处液体的压力，Pa；V1，V2—流体在泵进、出口处的水流速，m/s；ρ—液体密度，kg/m³；g—重力加速度，m/s²。

表1 ***测量参数

计算泵组的有功功率，将上表电流代入功率计算公式可得出泵组的耗电量(即有功功率)：P_sp1＝502.2，P_sp2＝501。

2.对水***管网进行整改，克服管网中存在的不利因素；

(1)由于***回水阀门阻力损失为25m，考虑到以后设备老化的***流量的增加，将此回水阀门开度调到90％以上或全开，节约14m左右的阀门损失。

3.重新测量水泵电机的运行功率，适当选取水***的节点a、b及e，重新测量节点处的压力、水流量，测量数据如表2所示，重新计算水泵总扬程，利用重新得到的水泵总扬程和水流量来绘制管网水力特性曲线。

表2 整改后的***测量参数

4.按步骤3计算整改后的水泵总扬程H，水泵出水口流量Q及△Z，重新计算K，然后根据水***管网水力特性方程式H＝KQ²+△Z，如图2所示，通过水泵运行点的抛物线即为管网水力特性曲线。满足水***要求流量和压力的管网水力特性曲线上的k点即为最佳工况运行点。

5.根据最佳工况运行点所对应的流量、扬程和输送水温选取合适的最佳水泵，保证最佳工况运行点在水泵的性能曲线高效段内。按单台水泵流量2600m³/h，扬程H＝40m选择高效泵替换原有泵。这样即可以满足生产。又留下以后的调节空间，流量比现有流量有1.3倍的余量。

如图2所示：X曲线为原安装的水泵性能曲线；X’曲线为高效节能泵性能曲线，G曲线为***管网水力特性曲线，η曲线为原安装的水泵效率曲线，η’曲线为高效节能水泵的效率曲线。原设计工况点i：流量Qi、扬程Hi；实测的工况点b：流量Q_j、扬程H_j。

由图2可知：原来的水泵处于高流量，高扬程，低效率，高功耗运行，通过检测相关参数，对***进行优化，按实测参数得到***管网水力特性曲线，曲线上的流量为设计流量Q_i的k点(Q_i，H_k)即为最佳工况运行点，选取在最佳工况运行点运行，效率最高的水泵，即为高效节能泵，该泵的运行点为流量Q_i、扬程H_k、效率η_k；

由图2可知：由0、H_j、j、Q_j所围成的区域为原有水***中水泵的运行能耗，0、H_k、k、Q_i所围成的区域为采用本发明处理后的水***中水泵的运行能耗。两区域面积之差为本发明节约的能耗。选取k点对应的最佳水泵置换原有水泵。

表3 技改后和技改前的能耗对比

从上表可以看出，通过本发明可使水***低效率、高能耗的工况得以改善或消除，提高***效率，并使得水泵电机运行更平稳，发热、震动、噪音、气蚀等现象得到有效抑制，解决了水泵与***管网匹配不合理的问题，节电率达28.4％，节能效果显著。

Claims (4)

1.一种稳定流量水***的节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算现有水***的管网阻力损失；

1)测量水泵输出的水温T及水泵电机的运行功率P_功率，测量水泵进水口及出水口的水压P_1水压、P_2水压、液体流速V₁、V₂以及水泵进水口及出水口水流量Q₁和Q₂；

2)测量水***中水池面与水泵出水口的顶端位置的高度差△Z；

3)根据水***中管网特性，查给排水手册中ζ，计算管网阻力损失△h：△h＝ζV²/2g，其中g是重力加速度，单位是m/s²，V是管网中水流速度，单位是m/s，ζ是指阻力系数；

步骤2：依据步骤1测得的管网阻力损失对现有水***管网进行检测和维修，具体操作步骤如下：

1)检测水***的水泵进水口处水流量Q₁和水***管网节点的出水口处的水流量Q₂，若两者相差超过3％，则判定***管网中跑、冒、漏及滴水现象严重，依次检查从进水口处节点到水***管网节点出水口处，对存在这种现象的节点进行修复；

2)检测水***中交换器装置的内阻r，若检测值超过铭牌上标注的额定值，则判定交换器装置工作不正常，对其进行维修；

3)调节水泵阀门开度到90％～100％，若观测到过滤器堵塞，则判定过滤器不可正常工作，需对其清洗或更换；

步骤3：对整改后的水***，重复进行步骤1中的测量，得到整改后水***中水泵输出水温T′，水泵电机的运行功率P_功率′，水泵进水口及出水口的水压P_1水压′、P_2水压′、液体流速V₁′、V₂′以及水泵进水口及出水口水流量Q₁′、Q₂′，水***中水池面与水泵出水口的顶端位置的高度差ΔZ′，令p₂＝P_2水压′、p₁＝P_1水压′、v₂＝V₂′、v₁＝V₁′z₂-z₁＝ΔZ′，求得整改后水***的水泵扬程H： $H=\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{{v_2}^2-{v_1}^2}{2g}+(z_2-z_1)$

式中：p₂、p₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口处水压；

v₂、v₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口处液体的流速；

z₂、z₁分别为整改后水***中泵出水口、进水口压力表装置到任选的测量基准面的距离；

步骤4：利用从步骤3中得到的H、Q₂′及ΔZ′，令Q＝Q₂′，ΔZ＝ΔZ′，根据流体动力学方程H＝KQ²+△Z求得整改后水***的K，其中，Q为水***执行部件出水口处水流量，K为水***特性常数，绘制整改后水***的管网水力特性曲线，依据水泵的工作效率曲线中的最高工作效率的水流量Q_i，在管网水力特性曲线上找出对应的水泵扬程，确定最佳工况点k；

步骤5：根据最佳工况点k对应的H_k、Q_i和输送水温T′，选取达到水***所需的扬程及水流量，且工作效率最高的水泵替换原有水泵。

2.根据权利要求1所述的稳定流量水***的节能方法，其特征在于，所述步骤1中水泵电机的运行功率的测量方法包括两种：1)利用功率表直接测量；2)测量其工作电压U、电流I，并从铭牌获取功率因数利用计算。

3.根据权利要求1所述的稳定流量水***的节能方法，其特征在于，所述步骤1中，若水***中存在两个或两个以上的水泵并联使用，则需测量每个水泵进水口和出水口处水压P1_压力、P2_压力，液体流速V1、V2，以最大水泵扬程作为***的扬程。

4.根据权利要求1所述的稳定流量水***的节能方法，其特征在于，所述步骤2中，对节点处水流量的检测，还包括整个***中部件与管道连接处的水流量的检测，对水流量进行测量前后相差超过3％的节点内的管道或部件进行维修。