王永軍

(開(kāi)灤集團(tuán)冀東礦業(yè)安全檢測(cè)檢驗(yàn)有限公司，河北 唐山 063000)

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淺談煤礦在用主排水泵的檢測(cè)方法改進(jìn)和經(jīng)濟(jì)效益

王永軍

(開(kāi)灤集團(tuán)冀東礦業(yè)安全檢測(cè)檢驗(yàn)有限公司，河北 唐山 063000)

本文介紹了煤礦在用主排水泵檢測(cè)方法的改進(jìn)，由采用超聲波流量計(jì)法改進(jìn)為微溫差法檢測(cè)排水泵的流量、管路效率、噸百米電耗等參數(shù)，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可靠，以此作為節(jié)電措施的決策依據(jù)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

排水泵檢測(cè)；方法改進(jìn)；經(jīng)濟(jì)效益

前言

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步很大程度上體現(xiàn)為工具和方法的進(jìn)步。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤礦在用主排水泵檢測(cè)方法也發(fā)生了較大的改進(jìn)。

本文以某煤礦的-450泵房的檢測(cè)情況，介紹改進(jìn)前和改進(jìn)后的檢測(cè)方法，通過(guò)數(shù)據(jù)比較得到改后的微溫差法更為準(zhǔn)確可靠，據(jù)此建議礦方采取節(jié)電措施，所取得的經(jīng)濟(jì)效益情況。

某礦的-450水泵房安裝6臺(tái)水泵，3條管路，工作泵3臺(tái)，備用泵2臺(tái)，檢修泵1臺(tái)。水泵型號(hào)KND450-60*9，額定流量450m3/h，額定揚(yáng)程540m，效率78%；配套電機(jī)型號(hào)JSQ1512-4，額定電壓6000V，額定功率1050kW。

泵房布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 泵房布置示意圖

1.改進(jìn)前的檢測(cè)方法介紹

對(duì)于煤礦在用主排水泵的檢測(cè)檢驗(yàn)，我們最先采用的是超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。具體做法是在煤礦井下排水泵的排水管路的上升區(qū)段，選取一段平直處，用銼刀將水管上的鐵銹或油漆打磨掉，將耦合劑均勻涂到探頭上，然后卡在管路上，連接探頭和主機(jī)，進(jìn)行測(cè)量；獲得水泵的流速，結(jié)合電參數(shù)分析儀同時(shí)檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算得出水泵各種參數(shù)。

以檢測(cè)1號(hào)泵為例，獲得數(shù)據(jù)后，計(jì)算過(guò)程如下：

泵的效率：ηb=pu/pa=525.2÷974.5=63.89%

其中：pu為泵的輸出功率，pa為電動(dòng)機(jī)的軸功率

管路效率：ηg=(Hx+Hp)/H=(3.1+455.3)÷540=83.34%

其中：Hx為吸水高度，實(shí)測(cè)3.1m，Hp為排水高度查資料得455.3m，H為計(jì)算揚(yáng)程540m。

排水系統(tǒng)效率：ηx=ηd×ηg×ηb=90.11%×63.89%×83.34%=47.44%

其中：ηd為電機(jī)效率，ηg為管路效率，ηb為泵的效率。

排水噸水百米電耗：Wt·100=1/(3.67ηx)=1÷(3.67×47.44)=0.73kWh

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AQ1012-2005《煤礦在用主排水系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》，排水噸水百米電耗Wt·100<0.5kWh為合格，判斷此泵不合格，效率較低，應(yīng)大修或更換。

2.改進(jìn)后的檢測(cè)方法介紹：

在使用超聲波流量計(jì)法檢測(cè)水泵的性能參數(shù)一段時(shí)間后，我們改進(jìn)為采用微溫差法檢測(cè)水泵的性能。

微溫差法檢測(cè)水泵性能的原理是：由于排水泵在排水時(shí)，對(duì)水做功的過(guò)程中，必然存在摩擦等因素，造成一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使泵的排水口水溫高于進(jìn)水口水溫，形成一個(gè)溫度差；盡管此溫度差的數(shù)值很小，但是利用精密的溫度檢測(cè)儀器完全可以精確地檢測(cè)，再通過(guò)一系列的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，就能精確地檢測(cè)排水泵的性能參數(shù)。

具體檢測(cè)方法是，在排水泵的進(jìn)水管路和出水管路上分別安裝一個(gè)溫度傳感器的護(hù)套，用兩個(gè)精密的溫度傳感器分別檢測(cè)排水口水溫和進(jìn)水口水溫，直接輸入到檢測(cè)儀，配合其他參數(shù)，檢測(cè)儀用自身的軟件運(yùn)算后，自動(dòng)給出水泵性能參數(shù)和曲線(xiàn)圖，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，使用簡(jiǎn)便，檢測(cè)時(shí)間縮短，提高了檢測(cè)效率。

用微溫差法檢測(cè)1號(hào)水泵，得到性能參數(shù)，并繪制出性能曲線(xiàn)如下：

泵的效率：ηb=70.21%；

管路效率：ηg=90.79%

排水系統(tǒng)效率：ηx=63.55%

排水噸水百米電耗：Wt·100=0.42kWh

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AQ1012-2005《煤礦在用主排水系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》，排水噸水百米電耗Wt·100<0.5kWh為合格，判斷此泵合格，效率較高，滿(mǎn)足排水要求。

性能曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 用微溫差法檢測(cè)出的1號(hào)泵的曲線(xiàn)圖

3.兩種檢測(cè)方法的置信度比較

由于容積法檢測(cè)水泵公認(rèn)為是最為準(zhǔn)確的，經(jīng)過(guò)即時(shí)采用容積法進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)采用微溫差法檢測(cè)水泵的數(shù)據(jù)更接近容積法，更準(zhǔn)確可靠，置信度高。其中1號(hào)泵數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 三種方法的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表

4.建議采取的措施：

由于微溫差法更為準(zhǔn)確可靠，就為采取適當(dāng)?shù)墓?jié)能措施提供了數(shù)據(jù)支撐，微溫差法檢測(cè)的數(shù)據(jù)，可作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用于節(jié)能中。經(jīng)過(guò)檢測(cè)和細(xì)致的調(diào)查，結(jié)合該水泵房實(shí)際提出了節(jié)能措施，實(shí)施后取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1完善運(yùn)行方式

錢(qián)家營(yíng)礦-450水泵房安裝6臺(tái)水泵，原來(lái)3臺(tái)工作泵24小時(shí)連續(xù)排水。礦井正常涌水量Qy=10.3m3/min，最大涌水量Qmin=13m3/min。

流量計(jì)法檢測(cè)6臺(tái)水泵的正常排水量分別為：

4.21m3/min、4.42m3/min、4.33m3/min、4.10m3/min、4.11m3/min、4.34m3/min，平均為4.25m3/min。

2臺(tái)水泵排水量Q2p=2×4.25=8.5m3/min

3臺(tái)水泵排水量Q3p=3×4.25=12.75m3/min

Q2p

用微溫差法檢測(cè)6臺(tái)水泵的正常排水量分別為：5.84m3/min、6.10m3/min、5.88m3/min、5.67m3/min、5.77m3/min、5.96m3/min，平均為5.87m3/min。

2臺(tái)水泵排水量Q2p=2×5.87=11.74m3/min，

Qy

上述數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)流量計(jì)法檢測(cè)的數(shù)據(jù)判斷需用3臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行，根據(jù)微溫差法則需用2臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行。由于微溫差法具有更高的置信度，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，故建議改變?cè)瓉?lái)運(yùn)行3臺(tái)水泵連續(xù)排水，為運(yùn)行2臺(tái)水泵24小時(shí)連續(xù)排水，水量大時(shí)增加1臺(tái)斷續(xù)排水。

4.2安裝變頻器

該泵房運(yùn)行2臺(tái)水泵時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，水泵排水量大于正常涌水量，仍然存在水泵不能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，必須調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)行節(jié)流排水，此時(shí)電機(jī)為全速，存在節(jié)流損耗。建議礦方安裝變頻器來(lái)調(diào)節(jié)排水量，可以節(jié)約大量電能。

水泵軸功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：

P1/P2=(n1/n2)3

(1)

由公式(1)可知，應(yīng)用變頻器調(diào)節(jié)流量，變頻器將轉(zhuǎn)速降低后，電機(jī)的能耗將以速度的3次方降低，可見(jiàn)變頻器的節(jié)能效果非常顯著。

4.3安裝就地電容補(bǔ)償裝置

水泵的電機(jī)為感性負(fù)載，當(dāng)水泵輕載時(shí)功率因數(shù)較低，能耗大，安裝就地補(bǔ)償器，可以減少線(xiàn)路的電流，減少線(xiàn)路損耗。

節(jié)約的電能可用下式計(jì)算：

P=3I2R

(2)

其中，I為由于安裝就地補(bǔ)償裝置減少的電流，R為水泵電機(jī)距變壓器出口線(xiàn)路的直流電阻。

5.獲得經(jīng)濟(jì)效益情況

5.1完善排水方式獲得的節(jié)能效益

根據(jù)微溫差法檢測(cè)的數(shù)據(jù)，該泵房使用2臺(tái)水泵24小時(shí)連續(xù)排水，就能完成排水任務(wù)，涌水量大時(shí)增加1臺(tái)間斷排水，達(dá)到節(jié)電的效果。增加的間斷排水泵處于停止?fàn)顟B(tài)達(dá)到6個(gè)月，其他時(shí)間段每天運(yùn)行15小時(shí)，停止9小時(shí)。

檢測(cè)獲得6臺(tái)水泵的工作點(diǎn)的輸入功率，平均值是611kW，電價(jià)按0.5元/kWh，那么由此，此臺(tái)水泵每年節(jié)能效益是：

611×(6×30×24+6×30×9)×0.5=18.1萬(wàn)元

5.2.安裝變頻器獲得的節(jié)能效益

根據(jù)GB12497-2006《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》，水泵的變頻調(diào)速節(jié)能量用如下公式：

(3)

其中，Q為水泵的實(shí)際流量，QN為水泵的額定流量，Pe為額定流量時(shí)電機(jī)的輸入功率。

水泵房提供的數(shù)據(jù)，水泵晝夜運(yùn)行流量由100%降到70%約占3小時(shí)。70%流量時(shí)，變頻調(diào)速節(jié)能P70%=0.55×946×(1-0.72)=265.35kW。

1臺(tái)水泵每年節(jié)能：0.5×265.35×3×365=14.52萬(wàn)元

5.3安裝就地補(bǔ)償器節(jié)能效益

經(jīng)測(cè)試水泵工作點(diǎn)有功負(fù)荷為946kW，原來(lái)功率因數(shù)cosφ1=0.78，補(bǔ)償后功率因數(shù)cosφ2=0.92，則加裝電容器的容量為：

=350.1kvar

選用型號(hào)規(guī)格為GWB-Z型，標(biāo)準(zhǔn)容量為350kvar的高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

補(bǔ)償后視在功率減小為：

Sj=P/(cosφ2-cosφ1)=946÷(0.78-0.92)=188.56kvar，

電纜截面積，35mm2，距配電室8000米。

線(xiàn)纜直流電阻：R=0.0175×8000÷35=4.0Ω

減少線(xiàn)路損耗功率：

P=3I2R=3×(18.1)2×4.0=3.9kW

1臺(tái)水泵年節(jié)電：0.5×365×24×3.9=1.7萬(wàn)元

5.4 減少人力物力等節(jié)約的費(fèi)用

用超聲波流量計(jì)法檢測(cè)，需要處理管路上的銹蝕或油漆；為測(cè)量水垢厚度，在管子上用電鉆打孔，測(cè)量以后必須焊接封閉；需要流量計(jì)等3個(gè)區(qū)域的檢測(cè)人員同時(shí)檢測(cè)，造成每個(gè)工作日只能檢測(cè)2臺(tái)水泵，甚至1臺(tái)水泵。用微溫差法檢測(cè)，溫度保護(hù)套安裝后可長(zhǎng)期使用，每個(gè)工作日能夠檢測(cè)3-4臺(tái)水泵，大幅度地提高了檢測(cè)效率，節(jié)約了出車(chē)次數(shù)。

根據(jù)我公司綜合辦公室提供的統(tǒng)計(jì)，改前排水檢測(cè)組年用車(chē)約為230臺(tái)次，改進(jìn)后排水檢測(cè)組年用車(chē)約為140臺(tái)次，據(jù)司機(jī)提供的燃油情況是每次約為19升汽油。油價(jià)按5.5元/升，故每年節(jié)約費(fèi)用為：

5.5×19×(230-140)=0.94萬(wàn)元

[1]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.AQ1012-2005煤礦在用主排水系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005年6月

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.煤礦安全規(guī)程.北京：煤炭工業(yè)出版社，2015年12月

[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB12497-2006三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006年1月

[4]湯躍，金立江.泵試驗(yàn)理論與方法.第1版.北京：兵器工業(yè)出版社，2005年2月

[5]鄭夢(mèng)海.泵測(cè)試實(shí)用技術(shù).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011年10月

Discussion on the Improvement of the Detection Method of the Main Drainage Pump in Coal Mine and the Economic Benefit Obtained by the Method

WANG Yong-jun

(Kailuan Group Jidong Mining Safety Inspection Co., Ltd, Tangshan 063000, China)

This paper introduces the coal mine in the improvement of main drainage pump detection method, by using the method of ultrasonic flow meter improvement to use lukewarm difference method was used to detect the drainage pump flow, pipeline efficiency, tons of 100 meters power consumption and other parameters, which makes the test data more accurate and reliable, is taken as power saving measures in accordance with the decision to obtain a good economic benefit.

pump detection; method improvement; economic benefit

2016-03-05

王永軍(1968- )，男，大學(xué)，開(kāi)灤集團(tuán)公司唐山冀東礦業(yè)安全檢測(cè)檢驗(yàn)有限公司工程師，從事大型礦山設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)。

TD442.2

A

1671-3974(2016)03-0073-03