1概述山西某电厂热网管路系统配置了某公司生产的4台热网循环水泵机组，机组铭牌参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.015.T001表1设备铭牌参数项目参数循环泵型号TS400-710结构形式单级双吸水平中开泵设计点流量/(m3/h)1 400设计点扬程/m126额定转速/(r/min)1 480效率/%82必需汽蚀余量/m5.8进口/出口公称直径/mm400/300配套电机型号YRKKNT500-4额定功率/kW710额定电压/kV6转速/(r/min)1 480频率/Hz50功率因数0.88额定电流/A81.9电机效率/%—电机生产厂家湘潭电机厂电机效率为节能改造的重要数据，而该设备铭牌上标识，故根据计算得到电机效率理论值η电为：η电=P额3×U×I×cosφ=7103×6×81.9×0.88=94.8%该电厂现场管路系统共配置4台热网泵，热网泵管路系统布置简图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.015.F001图1热网泵管路系统布置简图目前有3台热网循环泵并联运行，主要存在以下问题：（1）热网系统对泵流量设计参数选取考虑不充分。前期对泵配置参数选型仅考虑了近期小流量工况，未考虑远期大流量工况，导致目前在大流量需求时，4台泵同时运行，设备故障维修时无备用泵可替换。（2）泵出口管路阀门处局部水力损失严重。泵出口位置处压力为2.1 MPa，加热器入口压力为1.5 MPa。按照两压力表高差情况判断，泵出口位置处管路阀门处局部水力损失大，阀门最大开度仅为21%左右，造成严重能量的损耗。（3）泵在设计工况点实际运行效率偏低。泵出口阀门开度约为21%时，泵在铭牌流量参数点运行，再增大阀门开度，电机就会超功率。初步判断泵设计参数点实际效率比铭牌效率低，导致泵无法满足1.2倍设计流量运行工况。2改造方案该种热网管路系统属于流量设计裕量过大、扬程高、运行中局部节流损失大的典型案例，采用如下改造措施：（1）更换现场旧泵，为系统配置大流量的新泵。增加新泵的设计点流量，建议改造后两台新泵的并联流量能够满足改造前3台旧泵并联的流量参数，改造后设备在供水需求量大的时候3台新泵并联运行，1台新泵备用。（2）合理的选择新泵扬程参数，降低管路阀门局部水力损失能耗。对泵出口管路阀门处局部损失进行测算，降低更换后新泵的设计扬程，保证改造后泵出口阀门全开，降低阀门局部扬程损失能耗。（3）为系统配置符合国家节能评价标准的高效节能泵产品。针对新泵的选型，选择符合过节节能评价标准的产品，可提高泵实际运行效率，降低运行成本。（4）降低改造成本。经与用户协商，改造后新泵在无法满足原基础安装条件下，允许对泵基础和管路进行改造。尽量采用原有电机，降低用户改造成本。3改造方案实施过程3.1现场运行数据采集根据现场输送介质温度和管路布置情况，为避免手持式超声波流量计传感器设备受供水管路外壁高温损坏，选择在回水管路母管路上采集流量数据，同时更换泵进出口及加热器入口管路压力表，避免现场压力表精度影响造成的测量误差。具体采集数据结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.015.T002表2循环泵原始运行数据流量数据电流数据压力数据流量起/m3流量止/m33 min累积流量/m3换算/(m3/h)母管总流量/(m3/h)单泵平均流量/(m3/h)实时电流/A平均电流/A表压/MPa表高/m516.87724.42207.554 1514 212.91 404.378.078.10.86（泵入口）2.795724.42937.60213.184 263.678.12.1（泵出口）1.7278.11.5（加热器入口）10.14937.601 149.33211.734 234.678.01 149.331 359.45210.124 202.478.2注：运行工况为三泵并联运行，阀门开度21.1%，回水管路介质温度38 ℃，供水管路介质温度65 ℃。根据以上采集数据对循环泵实际运行数据进行计算，计算过程如下：（1）泵轴功率计算为：P功率=3×U×I测×cosφ×η电 (1)代入数据，得：P功率=1.732×6×78.1×0.88×0.948=677.1 kW。（2）扬程计算为：H=(P2-P1)×102+V22-V122g +(Z2-Z1) (2)代入数据，得：H =（2.1-0.86）×102+0+（1.72-2.795）=125.41 m。其中，泵进出口管路压力表所在处速度头V1=V2。（3）效率计算为：η泵=pgQH功率 （3）代入数据，得：η泵=(9.81×0.39×125.41)/677.1=70.9%（流量1 403.3 m3/h=0.39 m3/s）计算结果汇总如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.015.T003表3循环泵实际运行数据项目参数泵轴功率P功率 /kW677.1泵扬程H/m125.41泵效率η泵/%70.9据水泵名牌参数：流量Q=1 400 m3/h；扬程H=126 m，基本与设备采集计算所得数据基本一致，效率η泵=70.9%，泵实际运行效率偏低，以上测试数据可作为改造的重要依据。3.2详细改造数据计算3.2.1新泵设计流量计算增大单泵的流量，改造后的两泵流量可以替代之前3台泵并联流量。按照此要求改造后两台泵并联后的流量参数为4 212.9 m3/h，故单泵理论流量为2 106 m3/h，两并联运行按5%流量裕量考虑，单泵设计流量暂定为2 200 m3/h。3.2.2新泵设计扬程计算改造后泵出口的阀门要求全开，因泵出口管路阀后无压力表（无临时安装压力表条件），无法直接读表计算阀门的局部扬程损失数据，只能参照热网循环水加热器入口的压力数据、泵出口至加热器入口管路的损失以及增大流量后管路增大的损失来确定。（1）流量为1 404.3 m3/h时，管路系统所需扬程计算。根据伯努利方程：H1= (P3- P1)×102+V32-V122g+ΔZ+Σ1 (4)式中：P3——热网循环水加热器入口的压力，取值1.5 MPa；P1——热网泵入口平均压力，取值0.86 MPa；V32-V122g——热网循环水加热器入口管路速度头与泵入口管路速度头相等V3=V1，取值为0；ΔZ——热网循环水加热器入口的压力表至泵入口的高度差：10.14-2.795=7.345 m；Σ1——流量1 404.3 m3/h时，泵入口至加热器入口管路的损失0.8+5+1+0.2=7 m（主要通过达西公式和局部阻力系数选取计算求得，详细求解过程略）。代入数据，得：H1=(1.5-0.86)×102+7.345+7=79.625 m。（2）流量为2 020 m3/h时，管路系统所需扬程H(改造后泵扬程)计算。根据水力损失公式：H=H1+Σ2 (5)式中：H1——流量为1 404.3 m3/h时，管路系统所需扬程79.625 m；Σ2——流量由1 404.3m3/h增至2 200 m3/h后，造成额外增加的管路损失0.4+1+0.1=1.5 m（主要通过达西公式和局部阻力系数选取计算求得，详细求解过程略）。代入数据，得：H=79.625+1.5=81.125 m。改造后泵扬程取H=82 m。3.2.3改造后新泵选型（1）新泵选型。根据上述计算结果，改造后泵设计参数为：流量Q=2 200 m3/h=0.611 m3/s，扬程H=82 m。根据改造后泵设计参数，选择型号为500HTS82，转速1 480 r/min，试验台测试2 200 m3/h流量对应效率为84%，高于国家能效节能限定值。（2）配套电机额定功率计算。改造后泵的轴功率为：P泵=pgQHη泵  (6)式中：ρ——介质比重，取值为1；g——重力加速度常数，为9.81 m/s2；Q——改造后的流量为0.611 m3/s；H——改造后泵扬程为82 m；η泵—改造后泵效率，取值为0.84。代入数据，得：P泵=585.1 kW。改造后配套电机功率为：P电=1.1P泵 （7）式中：常数1.1——电机功率安全余量；P泵——改造后泵的轴功率。代入数据，得：P电=1.1×585.1=643.6 kW。配套电机额定功率为710 kW，转速1 480 r/m，此次改造电机不变，可直接借用以前的电机。4经济性对比分析根据目前管路系统总流量的需求，对改造前后系统配置运行方案进行经济性对比分析，分析结果如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.015.T004表4改造前后运行经济型对比分析项目改造前改造后备注总流量/(m3/h)4 212.94 212.9—泵型号TS400-710500HTS82—运行方案三泵并联运行两泵并联运行—单泵流量/(m3/h)1 404.32 200—单泵扬程/m125.4182—实际效率/%70.984.0—单泵轴功率/kW677.1585.1—电机效率/%94.894.8—单机组电耗功率/kW714.2617.2—总电耗功率/kW2 142.61 234.4—运行时间/h2 1602 160按冬季供热90 d考虑总电耗/kWh4 628 0162 666 304—运行成本/万元175.9101.3煤电厂电费按0.38元/kWh考虑根据表4计算结果，每年冬季采暖按照90 d供热，可节省运行成本74.6万元，考虑更换4台新泵泵头及基础管道改造费用约70万元，运行1个采暖季即可收回成本，可见节能效果显著。5结语（1）改造后泵两台泵并联可满足以前3台泵并联流量参数，改造后泵出口阀门全开，有效减少节流损失，节能环保效益显著提高。（2）热网供水系统的节能关键在于离心泵设计参数的选取与管路系统的匹配性，选择与管路系统所需工况匹配的离心泵尤为重要。（3）选择符合国家节能评价的高效率离心泵产品，提高泵运行效率，对节能降耗起到重要作用。