高效自吸泵在旋流井上的应用实践

摘要：旋流井水泵是连铸生产的关键设备，现有长轴泵存在结构复杂、故障率高、维修难度大及寿命短等问题。为此，实施换型自吸泵的改造方案，有效降低了故障发生率，显著延长泵使用寿命，减少维修工作量与劳动强度，适应生产发展需求。

关键词：长轴泵；自吸泵；技术改造

一、旋流井系统运行现状与核心挑战

柳钢转炉炼钢厂连一车间配置2台板坯连铸机与3台方坯连铸机，5台铸机共用1座旋流井。旋流井水泵作为连铸生产的核心辅助单元，其稳定性直接影响全流程顺行。当前系统采用4台抽水泵与3台冲渣泵，均为液下立式长轴泵（单机长度9.3米、重量超3吨），运行中暴露三大核心问题：

1.1 设备可靠性严重不足

投产以来，长轴泵平均每月损坏2台，年故障达24次，维修成本高达80万元/年。故障模式集中于轴承、轴承座和叶轮磨损（45%）、轴系变形（30%）、密封泄漏（25%）。其5节段式轴系配置8组滑动轴承，在1450r/min转速下，轴承线速度达6.8m/s，而冷却水流速仅0.5m/s，导致轴承温升超60℃，寿命不足2000小时。此外，9.3米长轴挠度达0.3mm（超出ISO标准0.1mm），振动烈度达11.2mm/s（G16等级），加剧机械磨损与密封失效。

1.2 产能匹配矛盾突出

随着方坯拉速提升至3.5m/min，旋流井需水量从480m³/h增至550m³/h，但长轴泵最大流量仅400m³/h，冲渣水压不足（0.2MPa）导致切割溜槽年均积渣严重，特别是板坯切割溜槽积渣严重时渣会刮到铸坯外弧产生刮痕，从而影响铸坯质量。

1.3 维护效率与成本双高

长轴泵采用整体吊装检修，单次耗时3-4小时，修复长轴泵需5级分段拆解，轴承座同轴度要求0.02mm，耗时72小时左右，依赖25吨行车且存在高空作业风险。同时，叶轮室静态腐蚀难以监测，曾发生穿孔导致电机烧毁事故。备品备件需“一用一备”，占用场地大，定置管理难度高。

二、长轴泵与自吸泵技术特性对比

针对长轴泵结构性缺陷，团队提出以无密封自控自吸泵替代方案，核心技术对比如下：

2.1 长轴泵技术瓶颈分析

2.1.1 机械结构缺陷

· 轴系设计不足：节段式轴系刚性差，滑动轴承冷却效率低，高速运转下易引发轴系疲劳与热变形；

· 密封失效风险：传统填料密封或机械密封在高温（50-70℃）、高杂质（30g/L氧化铁皮）介质中易磨损，导致泄漏；

· 腐蚀隐患：泵体长期浸泡于介质，静态腐蚀难以预警，曾发生叶轮室穿孔致电机过载烧毁。

2.1.2 维护与能效短板

· 检修复杂性：吊装作业工序繁琐，单次维修成本超2.5万元，年维修人工耗时超200小时；

· 能效低下：效率曲线陡峭（68%），电机功率132kW，单位流量能耗较行业标杆高15%。

2.2 无密封自控自吸泵技术优势

2.2.1 结构创新设计

· 双密封系统：动力密封（叶轮背叶片）与辅助密封（填料函）组合，实现零泄漏，耐压0.6MPa、耐温80℃，彻底解决“跑冒滴漏”问题；

· 自吸结构优化：采用“蜗壳+气液分离室”设计，首次引水后无需灌泵，自吸高度达5.5米，适应旋流井2-6米水位波动工况。

2.2.2 材料与性能提升

· 耐磨材料应用：过流部件采用Cr30A耐磨合金（HRC58），抗冲刷能力较铸铁提升3倍，寿命延长至8000小时以上；

· 高效节能：在400-600m³/h流量区间效率保持75%以上（较原泵提升14.7%），电机功率降至110kW，节能16.7%。

2.2.3 维护便捷性

· 地面化维修：易损部件均位于地面，无需吊装，维修效率提升70%；

· 管路简化：自带止回阀，无需额外安装补偿器、止回阀，管路阻力降低10%，备件消耗减少30%。

三、改造方案设计与实施

3.1 设备选型与参数匹配

根据工艺需求（流量≥550m³/h、扬程≥50m、介质含氧化铁皮），选定250YGZB-E型自吸泵。与原长轴泵（型号250KGL-50）相比，关键性能参数提升显著：

· 流量：长轴泵实测最大流量400m³/h，自吸泵实测达560m³/h，提升40%；

· 扬程：长轴泵50m，自吸泵52m，提升4%；

· 电机功率：长轴泵132kW，自吸泵110kW，降低16.7%；

· 效率：长轴泵在工作区间效率68%，自吸泵提升至78%，增幅14.7%；

· 振动烈度：长轴泵11.2mm/s，自吸泵降至4.5mm/s，降幅60%。

3.2 系统改造关键措施

3.2.1 安装工艺优化

· 基础改造：在原长轴泵安装孔旁浇筑C30钢筋混凝土基础（平整度≤2mm/m），采用二次灌浆固定地脚螺栓，提升抗震性能；

· 管路升级：吸入管路采用DN300不锈钢无缝管（壁厚8mm），弯头曲率半径为管径3倍，降低水头损失；排出管路设置缓闭式止回阀，消除水锤影响。

四、应用效果与经济效益分析

4.1 运行性能显著提升

· 产能保障能力：冲渣水压从0.2MPa提升至0.35MPa，切割溜槽日均积渣量从5吨降至0.8吨，年清渣时间减少432小时，连铸机作业率提升1.2%；

· 设备可靠性：轴承寿命延长至8000小时，年维修次数降至3次，彻底消除密封泄漏导致的电机进水事故（历史年均2起）；

· 安装与维护：备件储备从“一用一备”改为“三用一备”，库存成本降低33%，检修工时年节约168小时。

4.2 经济效益量化

· 节能收益：单台泵年耗电量较原长轴泵减少19.01万度，3台冲渣泵年节约电费33.23万元（按0.59元/度计算）；

· 维修成本下降：长轴泵年维修材料费用80万元，改自吸泵后降至25万元，人工成本年节约4.2万元（维修次数减少21次，单次人工成本2000元）；

五、结论与展望

旋流井泵组改造通过“设备升级+系统优化”，成功解决长轴泵的可靠性与产能瓶颈。无密封自控自吸泵在高磨损、高杂质冶金工况中的应用，验证了其在节能性、维护便捷性和运行稳定性方面的显著优势，为同类企业提供了可复制的改造范式。未来可探索自吸泵与变频调速技术融合，实现流量动态匹配，进一步提升系统能效。

关键词：旋流井；长轴泵；自吸泵；节能改造；冶金设备

参考文献

[1] 全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会. 工业泵选用手册（第2版）[M]. 北京： 化学工业出版社， 2018.

黄树霞  1985-7-9 男  广西贵港  本科  工程师中级  提高设备使用寿命，降低劳动强度，节能降耗降低设备成本