高炉冲渣泵改造及节能分析

二、现场工况调研分析
冲渣泵机组工作条件：室内环境湿热，温度为5～50℃，
夏季大气压力1 023.4hPa，泵主要技术参数及冲渣水水 质见表1。
数
1
流量/（m3/h）
2
扬程/m
3
pH值
4
总硬度/（mg/L）
5
Cl- /（mg/L）
6
悬浮物/（mg/L）
数量 1 332 48.1 5－9 ≤1 500 1 000～1 500 9 000～12 000
四、经济效益分析
1.节电效益 原安徽某泵厂300/250S T型冲渣泵开二备一，电动 机配套功率为280k W，泵实际运行电流为I =16.8A；改 造后石家庄工业泵厂300Z J—I—A90泵单台就可以满足 现场工况，可以实现一用一备一检修，泵实际运行电流 为I=21.3A 。 计算300/250ST型冲渣泵实际运行功率 P1= UIcosφη
五、结语
高炉冲渣泵在运行时，如果发生汽蚀，将会引起 泵的振动、噪声和使用寿命急剧下降等现象，严重时将 破坏泵的正常工作或根本无法正常运行，要想泵不发生 汽蚀，必须选择汽蚀性能好的泵，因此在泵的选型中对 泵汽蚀余量的计算与分析是至关重要的。
（收稿日期：2009/05/11）
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P2= UIcosφη =1.732×10 000×21.3×0.78×0.93 =274.5kW
改造后泵站设备功率降低ΔP= P1 -P2=147.7 kW， 按每年350天、现工业用电0.6元/kW·h计算，年节电量 124.068万kW·h，该泵站年节电费用： C=147.7×0.6× 24×350=74.4408万元。
（4）
= 102 340/（1 100×9.81）+5-0.38-84 510/（1 100
×9.81）=6.27m
查300/250ST泵的NPSHr =6.5m
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3.9
泵重 /kg 4 318
5 005
电动机型号
YJK500—8 280/10kV YJK500—10 280/10kV
泵价 /万元 9.5
13.4
电动机价 /万元 15.9
17.3
差价/万元 5.3
而石家庄工业泵厂300Z J—A90泵出口直径为300m m， 所配电动机极数是10极，泵转速为590r/min。从商务角 度对比报价表象上两家单套设备差价为5.3万元，但由 于技术上未全面考虑泵汽蚀性能选择了小泵投标而导致 实际泵运行故障频繁，泵性能参数满足不了现场工况， 给用户安全生产造成严重影响。
【关键词】冲渣泵 汽蚀改造 节能分析
一、前言
在炼铁厂2#高炉冲渣泵设备招标中，安徽某泵制造 厂家为急于中标，对输送工作介质温度、泵汽蚀性能等 因素未作全面考虑，选择了小口径高转速的泵型应标， 由于报价低而最终中标。该泵试运行后一直振动异常， 并且已多次发生故障，先后出现蜗壳爆裂，副叶轮损 坏，严重影响生产的正常运行。现场卡阀门运行流量达 不到工况要求，正常泵站内3台泵为一运一备一检修， 现开2台泵才能满足系统流量，造成没有备用检修泵， 供水可靠性差，给生产和管理带来很大困难，安全生产 存在一定隐患，最后用户认为必须采取换泵措施彻底解 决该设备存在的问题。
声。
根据当地的大气压力p C=102 340P a，由工作介质 温度95℃可查汽化压力p v= 84 510P a，输送介质密度 ρ=1 100 kg/m3，倒灌几何高度hg=-5.0m，吸入管路的 损失 hｆ=0.38m（详细计算略）。
由管路装置汽蚀余量数学式计算冲渣泵的
NPSHa ：
NPSHa=pc/ρg-hg-hf-pv /ρg
2.节约设备备件费用和维修费用效益 改造后，泵运行稳定，减少了冲渣水对水泵叶 轮、泵体、管道和阀门的磨损，相应延长了水泵、阀门 和管道的使用寿命，节约泵体、管道、阀门备件费用； 同时避免了泵的频繁故障检修，节约维修费用。据统计 测算，年可节约维修费用效益20万元以上。
3.社会及环保效益 1）改造后冲渣泵检修次数减少，有效地减轻了工 人劳动强度 2）改造后泵运行平稳，减轻了冲渣泵房内的噪声 污染，为操作工人提供良好工作环境 3）设备改造后仅一年的节电费用和节约设备备 件、维修费用就可收回改造三套设备（泵和电动机）的 总投资，节能降耗效果显著。
局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，
瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲
击，使材料受到破坏。泵内气泡的形成和破裂而使叶轮
材料受到破坏的过程，称为汽蚀。
若进入叶轮时有汽蚀发生，则浆体连续性就会遭
到破坏，使泵不能正常工作。其现象是：流量不足，间
断出水，泵内有噪声或泵产生振动。选用泵时，要考
pC——吸入液面的压力，对于敞开式吸入为外界 大气压力值，单位为Pa；
p v——输送该温度下液体的汽化压力，单位为 Pa；
ρ——输送介质密度，单位为kg/m3；
g ——重力加速度9.81，单位为m/s2；
hg——吸入几何高度，单位为m，液面低于泵 轴中心线吸上时取正值，倒灌时取负值；
hｆ——吸入管路系统中的总损失水头，单位为m。 由式（3）可知，当地大气压力、汽化压力、倒灌
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流量
扬程
泵型
/（m3/h）
/m
300/250ST
1 332
48.1
300ZJ—A90 1 332
48.1
表2 泵型参数报价对比
必需汽蚀余量 NPSHr /m 6.5
虑该泵的汽蚀余量N P S H r与装置汽蚀余量N P S H a的适应
性，要想泵不发生汽蚀，必须使管路装置汽蚀余量大于
泵必需汽蚀余量，泵不发生汽蚀条件的物理表达式如下
式所示：
NPSHa ≥NPSHr
（1）
式中 NPSHa ——管路装置汽蚀余量，单位为m；
NPSHr ——泵必需汽蚀余量，单位为m。
为了保险起见，还应加出0.5m的富余量，即：
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高炉冲渣泵改造及节能分析
石家庄工业泵厂（河北 050100） 苏 进
【摘 要】针对炼铁厂高炉冲渣泵由于输送工作介 质温度高，汽蚀性能差引起的泵流量下降，振动及泵件 损坏原因进行了分析，选择了适合的替代泵型，且改造 后节能效果显著。
无汽蚀区 汽蚀发生区
图1 汽蚀发生点图
NPSHa ≤NPSHr 因此，该泵发生汽蚀是必然的。 当管路装置汽蚀余量大于泵必需汽蚀余量时，解 决管路特性与泵特性不匹配的方法是改变管路系统使 NPSHa > NPSHr，或更换汽蚀性能好的泵。 根据炼铁厂现有系统工艺要求及现场管路空间布 置，改变管路的装置汽蚀余量已不太现实，最佳方案为 更换泵型，经选型计算，在满足不发生汽蚀的条件下， 可以选用石家庄工业泵厂300Z J—I—A90型泵替代原泵 使用。
三、汽蚀产生的原因分析
离心泵工作时，泵通过叶轮旋转作功，使叶轮进
口处形成负压而将液体吸上，如果形成的低压很低，则
离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，
真空区压强太低，以至于低于液体的饱和蒸汽压，则被
吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的
液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生
=1.732×10 000×16.8×0.78×0.93 =211.1kW 两台泵同时运行功率损耗为422.2 kW 更换石家庄工业泵厂300Z J—I—A90泵后，生产运 行可实现开一备二，供水可靠，流量扬程能够满足现场 工况，设备运行平稳，生产安全性能加强。 计算300ZJ—I—A90泵实际运行功率
4.改造后优势 1）1号炉与2号炉冲渣泵泵型一致，能保证备件的 互换性。 2）设备运行稳定，供水可靠，流量、扬程满足了 现场工况。 3）泵使用寿命增加，生产安全系数加强，大大降 低了检修劳动强度及备件消耗费用。 4）泵阀门可全部打开，减少了泵阀的磨损及备件 消耗费用。 5）改造后泵站的功率降低，节能效果明显。
高度及吸入装置沿程损失是决定装置汽蚀余量的主要参
数，温度越高，汽化压力值越大，NPSHa 值越低。
装置汽蚀余量N P S H a、必需汽蚀余量N P S H r与泵特
性曲线的关系如图1，N P S H a —Q 线与N P S H r —Q 线的交
点所对应的流量Q d是泵和管路系统的临界汽蚀流量点， 泵的流量大于Q d时，泵就会发生汽蚀，泵的扬程即发 生大幅度下降，流量也达不到正常出力，且伴有振动噪
NPSHa ≥NPSHr +0.5
（2）
管路装置汽蚀余量是指泵入口处单位液体所具有
的高出汽化压力能水头的那部分能量，由吸入管路系统
的参数所决定；必需汽蚀余量由试验确定，它取决于泵
的结构和参数，由泵叶轮进口部分的几何参数决定，与
装置参数无关。
管路装置汽蚀余量的方程式为：
NPSHa ≥p C/ρ g-h g-h f-p v /ρ）g3（ 式中 NPSHa——装置汽蚀余量；
7
水温/℃
5 95（一般在80-95）
8
颗粒粒径/mm
≤3
9
渣水浓度/（t/m3）
1.1
原投标泵厂家泵型参数报价对比见表2。 众所周知，要达到相同的流量、扬程，转速高的 泵叶轮直径小，转速低的泵叶轮直径大，即同样能满足 工况条件下300/250S T泵叶轮直径为740m m，300Z J— A90泵叶轮直径为900m m，大叶轮的泵将在低转速、 小流量区工作，使用寿命较长，汽蚀性能也好。从表 2可以看出，安徽某泵厂选择的300/250S T泵出口直径 250m m，所配电动机极数是8极，泵转速为730r/m i n；