轧钢旋流井长轴泵改高效节能无密封自吸泵的应用

轧钢旋流井长轴泵改高效节能无密封自吸泵的应用

张卿彬、傅家亮、曹志远、陈银年、刘献泰、俞高磊、丁光远、郑传兵

宁波钢铁有限公司   浙江省宁波市   315800

摘要：由于目前使用的长轴泵的选型过大，从而导致能耗较高。此外，长轴泵的额定流量和扬程都偏高，操作运行过程中只能通过调节水泵出口阀门来控制水量，这导致泵的效率降低，从而造成较大的电能浪费。为此本文详细提出了一种轧钢旋流井送二沉池泵长轴泵改自吸泵应用，实践证明采用改良后的自吸泵，实际运行工况良好，故障率要远远低于长轴泵，预测稳定运行1年以内无需维修，整体使用寿命1年以上，并且可以节约电能，并获得较好的经济效益。

摘要：自吸泵；轧钢旋流井；长轴泵；经济效益

1结构设计

自吸泵属于离心泵中的一种。对一般中小型卧式离心泵而言，泵轴心线距液面的垂直高度即几何吸入高度（或称几何安装高度），以Hg表示。选用离心泵时，希望泵的吸入高度越高越好，可提高离心泵机组安装高度，以减少土建工程，但这并不是说泵的几何吸入高度可无限提高。从离心泵的工作原理可知，泵能把低处液体吸至高处，是依靠叶轮离心力的作用将液体甩出叶轮，而叶轮吸入口处造成的真空度使得贮水池中的液体在液面压力作用下经吸入管路进入泵内，因此泵的吸入高度与泵吸入处的真空度、液面压力、吸入管路的速度、阻力及被抽液体的密度等因素有关，其几何吸入高度可根据伯努利液体流动能量方程式求出。

2设备现状及存在的不足

轧钢旋流井水质中含有大量的氧化铁皮，长轴泵在运转时，磨损量特别大，使用寿命短，维修时间长，维修成本高，对生产也存在不确定性的危害。

通过连续两年度备件消耗统计，每年轧钢旋流井8台长轴泵（该长轴泵5用3备）,备件消耗费用约195万元，折合每台长轴泵备件消耗费约24.5万元/年。长轴泵每年计划性全部解体检修2~3次，由于磨损量情况不确定性，长轴泵也经常突发性磨损损坏，有时使用寿命不足1个月就损坏，加之长轴泵结构特征，每次检修都占用大量的检修人力和检修时间（单台长轴泵解体检修6人*6天），每次检修时间过长，造成劳动强度大，对生产上也存在很大的安全隐患。

现有长轴泵选型偏大、能耗高。长轴泵额定流量、扬程都偏高，操作运行过程中只能通过调节水泵出口阀门来控制水量，使泵的效率下降，造成电能浪费较大。

3轧钢旋流井高效节能无密封自吸泵技术要求

3.1水泵性能要求

自吸泵安装在轧钢旋流井内部设备平台，水为轧钢板坯冲渣循环水，水质中含有大量的氧化铁皮，工作环境湿度大。由于介质中含有大量的氧化铁皮，为防止“跑冒滴漏”，保证整机的稳定性及周边环境，自吸泵密封处不能采用“真空泵、机械密封或盘根”形式密封，必须选用无密封自吸泵，确保泵在运行时，整机无泄漏现象。水泵流量2400m3/h、扬程35m、转速750r/min。无密封自吸泵在允许吸深范围内，5分钟内达到设备的运行参数要求。自吸泵密封叶轮、主叶轮和蜗壳材质采取Cr30；口环采用耐磨不锈钢；出水口、泵盖及密封室采用不锈钢304。叶轮必须进行静、动平衡检测，精度不低于G6.3级。水泵在正常运行工况下，其运行效率处于高效率区，在额定工况下运行时，泵的流量、扬程和效率的性能都予以保证，而且不应有负偏差；流量在额定值时，扬程偏差应在±3％范围内变化，关闭点扬程允许偏差±3％。水泵的流量-扬程曲线必须平稳地从系统所需的最大流量工况上升到关闭点。当水泵扬程曲线有转折点时，水泵应能稳定运行。泵的第一临界转速不得低于额定转速的125％。泵组在正常运行时（设计点）其振动值双幅不大于0.06mm（保证值），振动与噪音的测量遵守《工业企业噪音卫生标准》的规定，在距离水泵、电机1.0米处的噪音不得超过85dB（A）。

3.2电机技术要求

电动机的额定电压为10kV，额定频率为50Hz。当电压为额定，且电源频率与额定值的偏差不超过±5%时，电动机能输出额定功率；电机应保证能在频率50HZ±5﹪以内和电压在额定电压的±10﹪以内正常满载运行。当频率为额定，且电源电压与额定值的偏差不超过±10%时，电机能输出额定功率。电动机的额定功率，不小于电动机所驱动设备长期连续运行所需的能力，且机械储备系数不小于1.15。

电动机采用滚动轴承,轴承品牌选用SKF原装进口轴承。电动机的轴承结构是密封的，能隔绝污物和水，并不使润滑剂进入线圈。

    4实施效果

4.1实施前

轧钢旋流井水质中含有大量的氧化铁皮，长轴泵在运转时，磨损量特别大，使用寿命短，维修时间长，维修成本高，对生产也存在不确定性的危害。长轴泵每年计划性全部解体检修2~3次，由于磨损量情况不确定性，长轴泵也经常突发性磨损损坏，有时使用寿命不足1个月就损坏。2020年轧钢旋流井长轴泵平均使用寿命约3个月。

4.2实施后

采用NSP高效无密封自吸泵后，实际运行工况良好，未发生故障，预测稳定运行1年以内无需维修，整体使用寿命1年以上。

轧钢旋流井长轴泵与自吸泵寿命计价分析：1、长轴泵：通过对《2020年设备修复履历》统计轧钢旋流井8台长轴泵解体检修42台次，平均使用寿命在2.5个月左右。2020年轧钢旋流井长轴泵备件费消耗195万元，折算每台维修费用24.5万元/年。2、自吸泵：通过前期运行工况和公司品种钢产量，为进一步增强自吸泵的耐磨性能，提高使用寿命,对自吸泵材质进行改进后，使用寿命达1年以上。每台长轴泵维修费用24.5万元/年，无密封高效自吸泵的年度维修费用约15.07万元/台。其2台自吸泵每年设备维护费用可以节约=（24.5-15.07）×2台=18.86万元。

节电效益：节能长轴泵实际运行时采集的数据电压：10.3kV,电流22.7A,功率因素0.974，计算实际运行功率约为P=10.3×22.7×0.974×1.732=395kW；根据更新后流量2400m3/h，扬程35m,电流20.7A，水泵运行功率为P=360kW，每年可节约电能=（395-360）×8760=30.66万kWh。2台自吸泵每年可节约电费=30.66万kWh/台×2台×0.6元/kWh=36.792万元。

因此，长轴泵改高效节能无密封自吸泵应用，一方面，系统故障率得到下降，确保了轧钢水系统运行安全。另一方面，降低了能耗，水泵使用寿命延长，新品备件采购费用和设备维修费用得到降低，获得较好的经济效益。

参考文献：

[1] 祁阳. 强自吸泵应用与问题分析[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2021, 41(22):2.

[2] 陈隆. 引水罐的设计及其在自吸泵上的应用[J]. 肥料与健康, 2021, 10(2):12.

[3] 高齐龙. 自吸泵在PTA装置中的应用[J]. 石油和化工设备, 2022(001):025.

[4] 杨栋. 虹吸器在浊环水系统旋流井提升泵上的应用[J]. 天津冶金, 2022(5):44-47.

[5] 张祖勇. 延长柳钢热轧厂立式长轴泵使用寿命的研究与应用[J]. 沈阳化工大学学报, 2020(5):10-11.

[6] 庄严. 水处理立式长轴泵运行周期长寿化的技术研究[J]. 中国设备工程, 2022(10):4-7.

[7] 刘程浩. 立式液下长轴泵上的应用[J]. 石油和化工设备, 2021(11):19.