Templin市自来水厂水泵系统工作时的流量检测

目前，泵系统效率的改进、保障技术和技术服务是市场上的热门话题。转速可调节的泵，包括高效电动机和伺服外设等保值和价值控制装备带来了新的产业——泵系统评审。

贯彻落实欧盟EuP/ErP能耗产品生态化设计指令保障了从2011年6月起电动机和泵都具有一定的最低能耗水平，不可接受的能源浪费也将从市场上消失。对于所有用户来讲，贯彻落实这一指令的优点非常清楚：在新型泵的使用年限里可以减少用户的使用费用，改善企业盈利环境，提高企业的市场竞争力。

每一个使用电动机和泵的企业都应坚持不懈的把老式泵更换成这种节能型的新泵。因为实践已经证明：现有设备安装使用的泵一般都是偏大的超规格泵。尤其是在部分载荷下运行的液压系统中，采用高效节能电动机和转速可调节的泵可以把能源需求降低到原来的50%左右。

图1  专业化的泵系统评审能够可靠的测定出企业能源浪费的准确数值

对泵系统的诊断分析明确了节能潜力

在扩展服务Service-Plus的框架内，Grundfos公司能够对企业现有泵系统进行经济性地诊断分析，找出节能潜力。在这类经济性诊断分析中，Grundfos公司使用的方法是LCC产品寿命周期成本分析，Grundfos公司将其称之为“泵系统评审”（图1）。他们在泵系统评审时使用的主要工具有三种：

（1）计算机支持的泵系统产品选择、设计软件Webcaps，一种产品寿命周期成本分析软件：计算的基础是纯理论用量的计算数据。在小型泵和简单设备中，这一诊断分析得出的结果就能够解决问题。

（2）利用Energy Saving Tool进行产品寿命周期成本分析：计算的基础是压力差检测和电流消耗检测的数据，得出的结论是当前泵系统的工作情况。

图2  这种检测箱包含了泵系统评审所需的所有检测仪器和器具

（3）全面的LCC产品寿命周期成本分析：计算的基础是压力差检测、电流消耗和流量的检测结果。Grundfos公司的技术服务人员记录下泵系统在最长四周时间内的工作数据，并根据这些数据给出有说服力的泵系统负载状况。

基于相应的诊断分析，会向用户提出带有泵系统更换费用清单在内的详细建议。结合计算出来的ROI（投资回收期），用户就有了泵系统更换所需的所有节能信息和费用信息（图2）。在这个基础上，用户可以选择对自己最有利的策略。

当准确完成这样的泵系统评审之后，Grundfos公司的技术服务人员就会向下面的实例那样帮助用户具体情况具体对待了。

在2009~2010年度，德国能源促进署（dena）与Grundfos公司一起对Bayer Schering Pharma股份公司冷却水供应系统进行了能源分析。根据诊断分析的结果对再冷却装置中的冷却泵进行了更换改造，制定了整个泵系统基本的控制方案。

企业冷却水供应系统的智能化控制

第一步系统检查：这一步的检查工作包括系统的管道配置、截止阀和回流控制阀、安装的垂直提升涡轮泵及其电动机、系统控制和冷却系统的配置。在第一个冷却塔处安装了四台立式涡轮泵（制造年月：1969-1976年，400m3/h）；在第二个冷却塔处同样也安装了四台立式涡轮泵，但与第一个冷却塔不同的是这四个涡轮泵的功率较大（700m3/h）。

图3  在Schering Bayer公司里由于新型泵的效率比被代替的老式泵高不了多少，因此泵系统的“更新换代”经济性不好

检查分析得到的第一个结论是：由于新型泵的效率提高不是太多，因此用新型泵代替部分老式泵不够经济（图3）。它们配用的电动机和电动机的效率并不比新型泵配用的电动机差多少。但检测结果表明：安装在泵后的止回阀有着高达3m的压力损失。为了优化泵的输送效率，建议用户采取措施降低这一巨大的压力损失。结果是：安装新的压降更小的止回阀后可以把原来的八台泵减少到六台。

在系统检查时，两个冷却塔各自配备的四台立式涡轮泵有着不同的流量；根据冷却需求，它们不时的自动开启，传输的功率大于实际需要的功率。对此，Dena协会和Grundfos公司专家们组成的团队也建议采取强力的调节杠杆，改善能源消耗情况：把整个冷却水回流系统汇总起来，构成一个统一的系统，泵的不同功率（不同的负载状况）都通过修改后的控制系统进行了智能化的负载优化控制，也就是说减少了电力消耗。

总体方案的贯彻落实给Bayer Schering公司每年带来将近100万kWh（原来为460万kWh）的电力节约，相当于每年节约109000欧元的能源费用（表）。节约的费用使得投资回收期缩短到半年时间，这一项目实施之后每年可以减少二氧化碳排放670t。

水处理领域中的设备一般都有着很高的能源需求。在能源价格不断提高的时代，企业的所有生产过程都要不断的优化改进，并不断的考虑采用新工艺和新技术。在Eurawasser公司里水处理系统节能是他们日常工作的一个重点。

图4  Eurowasser自来水厂使用新型泵和老式泵的能源费用比较；比较时考虑了今后十年的通货膨胀为2.5%，考虑了投资费用，技术服务费用未予考虑

自来水厂也能降低能源费用

受Lübzin市自来水厂的委托，Grundfos公司技术服务人员按照委托合同对水厂的水泵进行了评审。依据专门研发设计的评判和计算软件，对井水泵和净水泵的功率数据和流量数据与新型泵的数据进行了比较计算：计算工作条件相同时新型泵的节能潜力。检查结果表明：老式泵的实际功率与铭牌所标示的功率数值不符。造成这种情况可能的原因是长时间的使用使泵的零部件有了磨损，例如间隙的增大，这样就降低了泵的效率。作为更换、替代的新泵，技术服务人员提供了三种CR系列的高压净水泵产品和两种SP系列的净水泵供用户选择。更换新泵之后，在年供水量相同的情况下每年可以节约电力能源11376kWh。按照今天一度电0.14欧元计算，每年新泵节约的电费为1593欧元，CR系列泵的电费节约了60%、SP系列泵的电费节约了56%。经过4年及2.6年的时间即可收回新泵改造的投资费用。采取优化措施的结果是：Lübzin自来水厂的整个能源费用明显下降，生产1t水所需的能源从0.57kWh下降到0.38kWh（图4）。

25年前的老式泵工作起来毫无效益

Unilever Ice Cream UK公司原有泵系统是许多企业中典型的老式泵系统：尽管在泵系统投产使用后进行了性能的改进和提高，但泵系统的主要技术水平仍然保持在25年前的状态。在对Unilever公司共计600余台水泵的一部分进行了现场查看之后，Grundfos公司的技术服务人员对其中的十台进行了准确的评估。

图5  使用转速可调节的NBE泵使得Unilever公司拥有了很高的生产过程控制能力

评估得出的结论是：老式的固定转速的37kW废水泵长期运行，水泵的输出流量采用机械节流的方法进行调节。每台泵每年的工作运行费用高达20000欧元以上。经过再次详细的诊断分析之后，Grundfos公司的专家们首先测定了满足供水设备要求的工作点数据。在确定了正确的工作点之后，与Unilever公司的运行工程师们一起采取了相应的节能措施，用15kW的水泵代替原来37kW的水泵。

仅把水泵电机功率从37kW降低到15kW就明显降低了能源消耗：当水泵继续使用恒定转速的电动机驱动时能源费用可以减少50%。为了进一步提高能源利用率，Unilever公司决定安装使用Grundfos公司研发生产的可调转速NBE水泵（图5）。这种新型水泵泵送废水时的转速是可以调节的，即利用较低的转速（45Hz）进行工作。通过采用转速可调的电动机，Unilever公司进一步节约了20%的能源费用，改善了生产监控的性能。这样，他们在购置新泵时所投入的资金可以在12个月内收回成本。

位于Templim市的一号厂安装使用了五台净水泵：四台大型的净水泵和一台小型的低负载净水泵。正常工作时，至少有一台大型净水泵与小型净水泵同时工作。为了保证供水的可靠性，水厂的其他三台净水泵用于应付峰值负荷和保障意外情况下（消防时）的正常供水。为了搞清楚水厂所用水泵设备是否符合当前技术水平的要求，对所用的水泵进行了泵系统评审。

图6  在完成泵系统评审后，对Salem市医院的供水设备进行了小型化改造

基于测得的小型泵功率数据和流量数据，尤其是搞清楚了供水时间的变化情况后建议：用集成有变频器(CRE 45-3)的叶片泵来代替原来的老式泵。在供水流量不变的情况下，这一替代每年就可以节约电力8795kWh；按当前电费0.12欧元/度计算，每年可以节约能源费用1055欧元，相当于老式泵的25%。四台大型泵中的一台也建议用一台新型的小型泵来代替，两台小型净水泵就能够满足平时正常生产供水的要求。

能源承包迫使企业进行泵系统评审

在海德堡市Salem医院签订了能源承包合同之后，医院也对其采暖循环系统、废水系统和制冷系统中的老式泵进行了更新换代。医院中的一些老式泵诞生于1970年，其余的也都是90年代早期的产品。从能源优化的角度出发，转速不可调节的老式泵要用转速可调的新型高效电机驱动泵代替。最早的更新换代计划保持各个泵的功率数值不变。

但应邀参加技术改造的Grundfos技术服务人员首先对这种1:1的更换提出了异议。他们检测得到的数据表明：相当一部分水泵实际输出的功率低于铭牌上的额定功率。也就是说，医院现有的水泵在大多数情况下都是大马拉小车，这种工况下的1:1更换是达不到节能目的的。这样，不仅是利用高效电动机可以节约能源消耗，而且减小水泵驱动电动机的功率也可以节约能源消耗。根据检测得到的功率特性数据确定了需要更换的水泵，结合泵系统评审得到的投资回收期和投资费用制定了切实可行的实施方案。在某些采暖循环系统中，每年的节能潜力可达2900kWh（图6）。其他系统中的水泵更换情况也基本如此。总之，大多数水泵更换后可以节约的能源费用高达70%～80%。换算成绝对数字为每年节能40000kWh，根据医院用电不同的电价每年节约的电费超过5000欧元。

许多泵系统的评审结果表明：采用高效节能电机和新技术平均能够实现的节能潜力在50%左右，个别情况下可以实现节能80%。但也必须牢记：作为泵系统的使用企业，在长期关注使用寿命成本的同时，也要关注不同的泵系统配置方案，应对可能出现的意外故障。这样，他所得到的成果就可以从泵系统与设备的完美结合中看出来了。