循环水站机电设备循环水泵节能降耗改造应用

摘要：工业化进程不断加快背景下，循环水站在工业生产中的应用率越来越高。循环水泵作为循环水站运行的核心动力来源，通过不断将水从低位输送到高位，为整个循环水系统提供动力支持，对其进行节能降耗改造，不仅能极大节约能源成本，提高企业的经济效益，还将促进资源的最优化配置，减少环境污染。本文采用文献研究法和案例分析法，以具体项目为例，深入探析循环水泵节能降耗改造方案的要点，并对循环水泵节能降耗改造效果进行分析，以期为相关企业开展工作提供有益参考。

关键词：循环水站；机电设备；循环水泵；节能降耗改造

前言：当前，我国能源消耗问题日益突出，循环水泵作为循环水系统的核心设备，其能耗占据了较大的比例，具体包括水力损失、容积损失、机械损失等。与水在循环水泵内部流动过程中的摩擦或涡流、水泵密封不严、水泵关键部件摩擦力较大等因素息息相关。以此为出发点，深入探究并实施循环水泵这一循环水站关键机电设备的节能降耗改造方案，已成为许多企业关注的重点话题，对促进企业的高效可持续发展具有积极的现实意义。

1.项目背景分析

宝钢日铁汽车板有限公司隶属宝钢股份有限公司，是集团中唯一的合资公司，专业制造国内最高端汽车钢板，生产过程中对循环水的需求量较大，循环水站的主要作用是冷却各个机组设备的循环水，使各条机组在正常使用温度下安全运行。新老循环水站共有15台循环水泵，均为工频，且无压力调节功能，一旦机组用水量出现变化，整个循环水站无法第一时间自动调节压力，人工干预下才能正常运作，响应速度缓慢，并且水泵的使用寿命较短。

老循环水站建成时间较早，设备运行时间较长，循环水泵的型号相对老旧，效率较低，由于缺乏运维管理，其性能正在逐渐下降。就能耗方面来看，其功率为100kW，每小时耗电量达80度，一天运行20h的情况下，同等条件下，比先进的循环泵需多消耗20%的电能，能源浪费较为严重。新循环水站随公司发展和技术升级而建，虽具有一定的节能优势，但无法满足新生产线对水质、水量和压力的高要求。

基于此，该企业明确了循环水泵节能降耗改造目标，具体如下。降低循环泵的运行功率，减少电能消耗；提高水泵的运行效率，确保循环水系统的稳定运行；优化循环水系统的运行参数，实现智能化控制；降低设备的维护成本，延长循环泵的使用寿命。

2.循环水泵节能降耗改造方案要点

2.1采用变频调速技术

变频调速具体指向一种通过改变电源频率实现电机转速调节目标的技术。循环水站中循环水泵主要由电机驱动，即通过调整电机转速，改变水泵的输出流量和扬程，满足不同工况下的循环水需求，而变频器是实现变频调速的核心设备，支持依据实际生产情况，将固定频率的交流电转换为频率可变的交流电，精确控制循环水的流量和压力，提高系统稳定性，其具体实践要点详见下图1[1]。

相关人员应参考循环水泵的功率、电压、电流等参数，结合变频器品牌、质量、性能、可靠性等因素，选择高效节能的变频器，以此提高系统的节能效果和控制精度。就容量选择来看，当变频器的额定电流低于同容量电机额定电流、加减速要求较高或者电机可能出现短时间过载（通常为1min）时，需选择大一档的变频器。常见的变频器类型有矢量控制变频器、直接转矩控制变频器等，其中矢量控制变频器主要通过解耦控制电机磁场和转矩，实现对电机的精确控制，适用于对调速范围、精度和动态响应要求较高的循环水泵系统中，而直接转矩控制变频器响应速度快、控制精度高且鲁棒性强，可实现对电机转矩的直接控制而无需复杂的坐标变换[2]。此外，节能降耗为变频调速技术应用的最终目标，在设计改造方案阶段，相关人员可针对其节能效果进行综合评估，具体节能率计算方法如公式（1）。

其中，、分别表示电机和转差离合器的输出转矩，、分别表示电机和转差离合器的输出轴转矩。

2.2更换高效电机

相比于传统电机，高效电机具有低能耗和高效率的使用优势，可显著降低水泵运行过程中的电能消耗。在具体实施过程中，相关人员一方面需依据水泵负载特性和运行要求选择合适的高效电机型号。在不同的阀门开度下记录水泵的运行参数，确定其负载变化范围；假设水泵最大流量时功率需求为100kW，扬程50m，且最小流量时功率需求为50kW，扬程30m，则需依据负载特性曲线，选择与水泵设计相近的电机型号，即额定功率110kW，能有效满足实际使用需求[3]。另一方面，需重新匹配调试电机与水泵，确保其能驱动水泵正常运行并达到预期的节能效果。相关人员需切断电源，拆除原有电机与水泵的连接部件，并详细记录原有电机的安装尺寸和电气连接方式，为新电机安装提供参考；按照记录规范安装新电机，正确连接电源线、控制线等，且轴心偏差不应超过0.05㎜；重新匹配调试至关重要，需逐步增加电机负载，观察其与水泵的运行状态，并调整水泵的流量和扬程，确保后续运行质量[4]。

2.3优化管道布局

优化管道布局的主要目的是降低水泵运行过程中的阻力和压力损失，确保水泵在较低负载下仍能保持高效运行。在改造设计时，相关人员可考虑从减少不必要的弯头和阻力件、采用新型节能材料和保温措施、增设调节方式三个方面入手。

在循环水系统中，过多的弯头和阻力件会增加水流阻力，提高能耗量，因此，设计人员应对弯头和阻力件进行合理优化。一般情况下，遵循直线连接的原则，使两段管道以更直接的方式组合起来，减少90°弯头的数量，且尽可能减少不必要的阀门、过滤器、流量计等阻力件的使用数量，同时相邻弯头间保持一定的直线段距离，为水流通过弯头后仍能平稳流动创造有利条件[5]。对于上述项目，具体的改造设计要点详见下表1。

与此同时，需选择内壁光滑的管道材料，减少水阻力，辅以岩棉、玻璃棉、聚氨酯等保温材料，减少热量损失，以此提高系统的能源利用率。相比于传统的铸铁管，聚乙烯（PE）管、玻璃钢管等内壁粗糙度低可降低70%，对水流的阻力也更小；采用高强度、耐腐蚀的合金材料管道，虽改造成本较高，但后续维护方便且使用寿命较长，如不锈钢合金管的使用寿命可达50年，普通铸铁管使用寿命一般为20-30年；对于一些特殊位置，可采用橡胶软管，能有效吸收管道系统的振动和变形。此外，设计人员还可在关键位置上安装流量调节阀，依据系统实际需求调节水流量，并在循环水系统的回水管道上安装压力平衡装置，能更好地达到节能效果。

2.4定期维护和保养

定期维护与保养是确保水泵处于良好运行状态的重要方式，有助于减少因设备磨损和故障而导致的能耗增加问题。设计人员需根据循环水泵的使用频率、运行环境和设备状况，明确维护周期，并确定维护的具体内容，为相关人员更好地开展工作提供指导。就上述项目而言，设计人员与设备管理维护人员共同制定了养护方案，具体如下。

（1）维护周期：对于连续运行的循环水泵，每月进行一次小维护，每季度进行一次全面维护，每年进行一次深度维护，具体时间依据生产计划而定。

（2）维护内容：小维护包括检查水泵外观、紧固螺栓、清理过滤器、检查密封件等；全面维护在小维护要点基础上，检查水泵的轴承、叶轮、轴封等关键部件的磨损度和密封性能；深度维护时，对水泵进行拆卸、清洗、检查和组装，及时更换磨损严重的部件，并展开综合调试，明确其性能指数。

（3）维护方法：清洁与润滑、参数调整、故障评估与排除、部件更换等[6]。

3.循环水泵节能降耗改造效果分析

就宝钢日铁汽车板有限公司的新老循环水站循环泵节能改造项目成效来看，将4台工频水泵改为变频水泵，实现了循环水泵转速的自主调节，对流量和压力的控制也更为精细化，极大避免了始终以固定转速运行而造成的能源浪费。以一台改造后的循环水泵为例，改造前运行功率为100kW，改造后部分负荷下功率可降至70kW，单位时间内，相同条件下可节约电能30kWh，应用4台变频水泵，年能耗较单一使用工频水泵可降低25%-35%，改造效果显著。此外，该节能降耗改造方案的实施极大提高了系统运行的稳定性，在实际生产过程中，可基于不同工艺环节对循环水系统压力的实际需求进行针对性调整，无论是生产高峰期还是低峰期，均能保持良好的运行状态，且关键部件的使用寿命得到了一定程度的延长。

结语：社会经济不断发展、信息技术更新迭代背景下，循环水站中循环水泵节能改造已成为相关企业关注的重点工作，对降低企业生产成本、提高能源利用效率至关重要。在具体实践中，相关人员应基于企业生产运营需求和发展规划，从引入变频调速技术、更换高效电机、优化管道布局、制定定期维护和保养方案等多维度出发，落实节能降耗改造方案，提高循环水系统的整体效率和可靠性，为企业的高效可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]强艳.变频技术在机电设备节能改造中的应用研究[J].造纸装备及材料，2023，52（03）：90-92.

[2]宁仕文.循环水场节能降耗方法研究[J].给水排水，2023，59（S1）：695-699.

[3]孟星哲.探究变频器在机电设备节能改造中的应用[J].经济技术协作信息，2020，（29）：107-107.