节能型离心泵在轧钢高压水除鳞系统的应用

摘要：济钢中板生产线在轧机改造中，根据实际情况将配套的高压水除鳞系统的柱塞泵改为离心泵，取得了良好效果，系统运行稳定，提升了产品质量。文章就泵的选型、参数作了阐述和分析。

关键词：离心泵；调速型液力偶合器；最小流量控制；蓄势器控制

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0070-02

1 概述

济钢中板生产线三辊改四辊前，一直应用上海生产的柱塞泵。该泵排量1050L/min，即63m3/h，配套电机630kW，2台柱塞泵同时供水，另备用2台。四辊粗轧机投产后，中板生产线上共有除鳞箱、粗轧机前、精轧机前三点除鳞，用水量增加，需要扩大泵站能力，根据计算还需增加2台柱塞泵。针对中板生产线在用柱塞泵系统故障率高、维修量大、占地面积大等缺点，选择可靠性高、运行经济合理、占地面积小的新型供水泵将是工程改造的重点。

2 泵的选型

柱塞泵的活塞-缸套结构装配精度高，对水中杂质含量要求不大于20mg/L，颗粒度大小控制在0.1mm以下。受气蚀因素影响，在连续、重载恶劣工况下，故障率高，维护量大，容积效率低。用水时间越长，用水频率越高，运行成本越高。

沈阳生产的2DC-10系列离心泵排量300m3/h，出口压力21MPa，配套电机2240kW，3000rpm，从能力上一台离心泵就可取代4台柱塞泵。由于中板生产的特点是断续用水，如果在非用水状态下电机仍在高速下运转，能耗相当高；如果在非用水状态下把电机转速降到1000rpm以下，出口压力只有3MPa，泵在低负荷状态下运行，能耗降低65%～75%，并且叶轮、导翼、盘根等易损件在低压磨损减少，从而提高水泵寿命。从实际生产需要出发，离心泵的升降速时间必须短，要求在有限时间内升到高速给蓄势器和用水点供水，在短时间内转速降下来减小能耗。

实现离心泵的升降速有两种措施：一是变频调速，一是液力偶合器。对2240kW的变频装置约700万元一套，远远大于水泵的购置费，从而被否定。根据中板生产用水特点和用水量，配合蓄势器水位变化，如果在6～10s内，水泵从低速升到高速就可满足系统用水要求。分析液力偶合器的调速特性，完全可以满足这一工艺要求，从而为离心泵在中板高压水除鳞系统的应用提供了节能技术保证。

离心泵在低速下运行时，出口压力3MPa，泵外排水。为了减少外排水量，需要设一套循环-最小流量控制阀组。当离心泵低速运行时，水泵一定时间内不排水。当水泵轴承、泵体温度超过设定值时，最小流量阀打开，水泵排热水把泵体、轴承温度降下来，开始新的循环过程。如果没有液力偶合器，泵在高压下自身循环搅水，泵体升温很快，最小流量阀基本上为常开状态，每小时排水30～50m3。一般泵在低速运行时，泵体30min升高20℃，最小流量阀打开一次，排水3min，每小时可节水25～45m3。

常规的液力偶合器勺管执行机构有手动式、电动杠杆式、液压缸杠杆式，均不适应频繁调速。中厚板生产线使用的液力偶合是把液压缸杠杆改为液压缸直接传动勺管，减少中间环节，达到要求的升降速时间要求，鉴于兄弟厂经验，我们在这次三改四配套工程改造也选用此类型。

离心泵系统包括离心泵本体、电机、液力偶合器、工作油站、液压站、油站、最小流量阀、监控及电控装置，工作油站为液力偶合器供应工作油，站为电机、离心泵供应油，液压站为偶合器执行液压缸提供驱

动油。

泵站最终是为生产供应除鳞水，首先用水信号发出后，蓄势器开始供水，液面下降到一定程度时，反馈的液面信号自动使液压缸驱动液力偶合器勺管，水泵升速开始供水：用水停止信号发出，蓄势器关闭（单向阀），水泵给蓄势器补水，将至最高液面时，反馈的液面信号自动使液压缸驱动液力偶合器勺管，水泵减速开始自身循环控制。

3 离心泵各部分控制内容及参数

3.1 CWT58CL调速型液力偶合器

调速型液力偶合器工作质量直接关系到节能效果和除鳞系统工作可靠性。偶合器是安装在电机和工作机之间的一种柔性液力传动元件，它使电机的功率通过液力偶合器泵轮和涡轮之间的工作油的循环流动，平稳而无冲击地传递到工作机，并可在电机输入转速恒定时，通过操纵勺管，对输出转速进行无级调节。根据蓄势器液位或系统压力信号，液压缸通过液压比例阀和位置反馈按预设定程序控制调节偶合器和泵运行转速，保证泵出口预设定压力，保证除鳞系统安全、可靠、低耗、稳定运行。

3.2 循环-最小流量控制

循环-最小流量控制是防止离心泵过热、保护系统的控制核心。该阀组由检测泵体温度传感器发出指令控制开闭：当泵体温度≥55℃时循环阀自动开启，将泵体内热水经过可调节流阀排出，防止泵过热；当泵体温度≤45℃时循环阀自动关闭，避免浪费水。

3.3 蓄势器控制

液位控制由带有液位显示和位置传感器的液面控制装置，根据液面位置按预设定程序实现除鳞泵自动运行和高水位事故报警，提示人工启动空压机给蓄势器充气、最低事故水位关闭最低液面阀，保证节能效果、除鳞水量、轧件表面质量和系统安全运行。

压力控制由压力传感器检测蓄势器压力变化，根据预设定程序实现除鳞泵自动运行和低于标准压力0.5MPa（在标准液面时的压力）报警，提示人工启动空压机给蓄势器充气、最低事故压力≤10MPa时关闭最低液面阀。

为了方便操作，蓄势器、工作油站、液压站等所有液位、压力均为连续变化的模拟信号，并采集到计算机监控画面上，实现远程监控、操作，有利于司泵工及时发现问题，及时采取措施处理问题，将故障影响时间降到最低。

4 经济效益分析

从改造为离心泵投产以来，设备安全稳定运行，取得了良好的效果，保证了中板生产线的顺产、稳产、高产，创造的经济效益主要体现在两个方面：一是降低故障影响时间带来的产能增加的效益；二是除鳞效果增加，提高了钢板表面质量，降低了钢板表面麻点改判。

设备故障率低，每月减少故障时间3小时，按小时产量200吨/小时计算，每年可保障增加产量5400吨，按吨板效益200元计算，年增效益：3小时×12个月×200吨/小时×

200元/吨=144万元。

系统改造前，因除鳞效果不好导致的板面麻点改判每年大约有0.3%～0.5%左右。除鳞系统投用后，由于除鳞效果良好，降低了钢板表面麻点等改判，其中产品降级每吨损失200元左右。按降低改判率0.3%计算，则年直接经济效益为：160万吨×0.3%×200元=96万元

累计创造效益：144万元+96万元=240万元

维护人员有时间和精力做好其他流体设备维护，间接降低其他设备故障率，从而保证设备的正常运转，间接创造降低有可估量的设备成本。离心泵系统的投用，解决了轧制过程中除鳞供水这一薄弱环节，为中板厂的稳产、高产起到了保障。

作者简介：范平（1962—），男，山东曹县人，济南钢铁集团有限公司中厚板厂高级工程师。