摘要：工业水泵系统在社会经济发展中占有很重要的地位，被广泛应用于工业领域。中国泵类设备用电量约占全国用电量的20%，使用效率比发达国家低10%～30%，具有很大节能潜力。主要针对目前工业水泵系统运行现状及存在问题，围绕水泵高效置换、合理匹配、流量调节、叶轮优化、管路优化、定期检修、加强管理7种工业水泵系统节能途径进行了分析，并结合A工厂采用量身定制的KSB高效率离心泵替代现有低效泵节能改造的案例，分析了节能效果，为今后工业水泵系统更好地进行节能改造提供参考。

工业水泵系统主要由电机、联轴器、叶轮及机座（卧式）、管网等组成，其中水泵电机是重点耗能单元。工业水泵系统在社会经济发展中占有很重要的地位，被广泛应用于工业领域。据有关报道，中国泵类设备用电量约占全国用电量的20%，使用效率比发达国家低10%～30%，节能潜力巨大。工业水泵系统设备能源和维护成本占其15～20a生命周期成本的绝大部分。应用系统的方法对水泵系统进行优化，可达20%～50%的节能效果。实现工业水泵系统的节能运行尤为重要，对加快经济发展方式转变、促进产业结构优化升级，实现绿色发展、循环发展、低碳发展具有重要意义。

1现状和问题

1.1水泵效率低

当前，中国水泵无论是设计理念、制造工艺，还是加工精度等方面均仍处于相对较低水平。尽管水泵厂商在投标文件中保证水泵设计效率大于81%甚至超过85%，但经大量现场调研和测试可知，实际运行效率只有20%～40%，不符合GB/T—《离心泵、混流泵与轴流泵系统经济运行》的规定，低效水泵的大量使用造成了巨大的用电浪费，应予以更新改造。

1.2选型不当

在水泵设计选型时，通常要考虑水泵运行时所能承受的最复杂工况，因此设计单位和企业在水泵选型时往往会取值偏高，一般会选择区间、参数偏高的水泵，导致水泵在实际使用中，运行工况点与设计的最佳工况点严重不符，存在“大马拉小车”现象，水泵豁余量较大，无法在高效区运行，导致系统输配能耗升高。

1.3管道设计不佳

管道是影响水泵系统效率的重要因素之一。管道敷设不合理、接头弯头管件过多、管壁结垢等都会导致管道内阻力增大，传输效率降低。在节能改造时，要针对计算管损进行认真仔细分析，并以此为依据来改善进出口管路，切实有效提高效率。

2.1高效置换

水泵是一种流体机械，属于生产设备，它能把外界输入的能量转变为液体的势能和动能，使液体能量提高。水泵的运行方式、开机组合、负荷分配等都是影响水泵系统能耗的关键因素。高效置换是指用高效率水泵置换一般效率或者低效率水泵，置换后系统效率可提高约5％。在更新置换时，要先对现有水泵的流量、压力做测试，以此作为选择新水泵的依据。高效水泵置换前期投资较大，但仍是实现水泵系统长期节能运行的有效方式。

2.2合理匹配

针对每一套水泵系统的输出和负载进行详细检测、记录、比对和综合分析，梳理出造成水泵系统效率不高的关键因素，据此按最佳运行工况参数选用合适流量和扬程的水泵替换现有运行不匹配的水泵。这种方法广泛应用于中央空调循环水系统、供热采暖循环水系统、工业工艺冷却循环水系统的节能。

2.3流量调节

工业水泵系统优化的最终目标就是使单位功率输入能输送尽量多的流体或能量。目前主要通过调速控制、出口流量控制、旁通控制3种流量调节手段进行调节。

调速控制就是在水泵系统负载端出现频繁变化或变化较大时，根据实际工况合理选用调速方法，例如多速电机运行、抽级运行、变频器调速等，使水泵的输出功率随着负荷的变化而变化，从而使水泵始终处于高效区域运行。风机水泵为减转矩负载，当其转速降低时，负载转矩与转速的平方成比例地减小。例如，当工况只需50％的水量时，可以采用变频控制方式将电机转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12.5％，即理论上节能可达87.5％，节电效果十分明显。变频器调速控制是目前主流的调速控制手段。

出口流量控制是通过自动控制水泵出口阀门的开度来调节水泵系统的流量。通过电子控制元器件和有关仪表设备将水泵出口流量变化信号与水泵的供应量响应关联在一起形成闭环反馈信号，水泵出口阀门开度及时根据负载端的需求做出调整，使水泵始终处于比较经济节能的运行状况下。

旁通控制就是在水泵输出管路系统设置了旁通回路，通过旁通阀调节控制回流量，使泵在运行时根据负载的变化做出相应的变化，从而达到对系统输出流量进行调节的目的。但实际运行中仍有不少企业将不运行的机组的阀门开启作为旁通使用，无形中加大了系统的能耗。旁通控制常用于中央空调冷媒水系统。

2.4叶轮优化

在水泵叶轮优化上，主要有应用高效叶轮、提升叶轮材料精度、改变叶轮角度、减少叶轮级数、更换同型号水泵的小直径叶轮和叶轮切割6种途径。

叶轮切割是其中最简单、改造费用最低的一种优化途径，叶轮切割后水泵的流量、扬程、功率都相应减小，一般水泵叶轮切割最大切削量不得超过15％。当叶轮切削量在5%以内时，可以根据切割定律公式进行叶轮切削；当叶轮切削量大于5%时，切割定律公式仅能提供切削方向，不能精准确定切削量，叶轮应分几次逐渐切割，且每次切割后必须进行试验确定切削后的性能。在对水泵采取叶轮切割节能改造时，应结合实际情况，根据现有水泵叶轮的直径、水泵的实际转速、流量、工作扬程以及功率等参数进行计算分析，科学合理确定叶轮切削量的最大值，确保叶轮切削后的流量、扬程以及功率能完全满足水泵运行要求，从而达到优化水泵运行工况以及减少能源消耗的目的。

2.5管路优化

管路优化时要针对水泵系统管网中直角、Z形、突变连接、拐弯和挡板等严重影响传输效率的因素进行优化，还可通过加装自控设备实现调节、输出的自动化，使水泵按需供给，进一步提高系统的运行效率。

2.6定期检修

定期严格检查水泵系统，减少泄漏损失。及时清除管道水垢、积灰，减小阻力。保持轴承清洁，定期更换润滑油脂。

2.7加强管理

根据生产实际需要，科学合理地确定开机台数，尽可能多使用高效水泵。合理用水，避免过压过量供水造成放空等不必要的浪费。

3节能工程实例

A工厂现有一套冷冻水循环系统，采用“双回路”系统。配用2台一次冷冻水泵，功率均为22kW，一用一备；2台二次冷冻水泵，功率均为55kW，一用一备。系统及水泵安装布置如图1所示。

上述各泵组中一次冷冻水泵为工频运行，二次冷冻水泵为变频运行，系统的水量基本恒定，年运行时间约为h。在现有生产装置的冷却负荷下，现有泵组可满足循环水量要求。

3.1改造方案

考虑运行的简便，将“双回路”循环系统改为“单回路”循环系统，同时整个生产流程基本为定工况运行，因此采用量身定制的KSB高效率离心泵替代现有低效泵，如图2所示。

E—换热器；DP—多级离心泵；PR—压力记录仪；M—电磁阀。图1系统及水泵安装布置

图2KSB高效率离心泵替代现有低效泵

通过全面评估泵的管路系统，消除不必要的能耗损失，根据系统的实际要求来匹配泵系统，并保持泵系统运行于高效区内，达到节能增效的目的。

3.2节能评价

改造前后分别对设备进行能耗测试，用设备控制柜上安装的电度表和计时器进行测量，确定改造前后泵组节电量。相关测试数据如表1所示。

通过改造前后数据对比看出，水泵以每年运行h计，改造后1a可节省电能2.×10

5kW·h，平均节电率约34.3%，按现电价0.6元（/kW·h）计算，全年可节约电费1.32×10

5元，该项目节能改造投资费用2.9×元，投资回收期2.2a。

4结语

该工业水泵系统节能改造的实践证明，合理地采用高效率离心泵来替代现有低效泵节能改造，同时根据系统进行合理匹配，平均节电率可达约34.3%，取得了良好的效果，对于运行时间较长的系统，节能效果更佳。希望提出的工业水泵系统的多种节能途径及方法，能够帮助企业及时发现自身水泵系统运行的不足和节能潜力，结合实际情况进行综合考虑，采用先进合理的节能途径实施节能改造，达到节能降耗的目的。