GB19762“清水离心泵能效限定值及节能评价值”解读及应用探讨

｜PumpEngineerMagazine｜June201636自GB19762《清水离心泵能效限定值及节能评价值》标准发布以来，泵行业便掀起了一场全国性的节能运动。但是，由于标准的编制及节能政策的制定部门对标准的宣传和解释不足，导致很多泵用户在未充分理解标准的情况下，认为标准普遍适用于所有工况的离心泵、并强制要求泵制造商严格执行此标准，造成很多泵制造商无所适从、“有口难辩”。更有甚者在很多项目招标过程中，首先直接比较泵的效率，效率低的制造商将直接淘汰，这是对标准的误读，既不科学也不合理。为此，作者将根据个人经验对标准的内容进行解读，并就其应用进行探讨，欢迎同行、特别是参与编制该标准的编委们批评指正。文/谢小青上海电气凯士比核电泵阀有限公司GB19762InterpretationandApplicationDiscussionof“EnergyEfficiencyLimitsandEvaluatingValuesofEnergyConservationforCentrifugalWaterPump”标准解读GB19762“清水离心泵能效限定值及节能评价值”解读及应用探讨背景我国是能源资源严重短缺的国家，随着能源成本的增加，设备能耗越来越成为人们关注的焦点。自1986年以来，国家先后颁布了《节约能源管理暂行条例》、《节约能源法》、《中国节能产品认证管理办法》......要求把节约能源作为在国民经济调整时期挖潜、革新、改造的重点来抓，并提出了切实加强节能研究，开发和推广节能新技术、新工艺、新设备和新材料，加速节能技术改造，调整高耗能工业产品结构，降低能源工业自耗能比重等一系列技术政策。2005年，由全国能源基础与管理标准化技术委员会提出，中国标准化研究院、沈阳水泵研究所、连同国内部分泵制造商等一起编制发布了GB19762-2005《清水离心泵能效限定值及节能评价值》。两年后的2007年11月发布了修订版的GB19762-2007[1]，并于2008年7月1日正式实施。自标准发布以来，泵行业便掀起标准解读ApplicationStory应用园地了一场轰轰烈烈的全国性节能运动。但是，由于标准的编制及节能政策的制定部门对标准的宣传和解释不足，导致很多泵用户在未充分理解标准的情况下，认为标准普遍适用于所有工况的离心泵、并强制要求泵制造商严格执行此标准，造成很多泵制造商无所适从、“有口难辩”。更有甚者在很多项目招标过程中，首先直接比较泵的效率，效率低的制造商将直接淘汰，这是对标准的误读，既不科学也不合理。为此，作者将根据个人经验对标准进行解读，并就其应用进行探讨，欢迎同行、特别是参与编制该标准的编委们批评指正。标准解读■前言本标准第6章、第7章是强制性的，其余条款是推荐性的。【解读】也就是说：1）该标准要求强制执行的内容仅为“泵能效限定值”和“泵目标能效限定值”；2）第8章“泵节能评价值”并非强制要求，即使达不到标准中规定的节能评价值，也是可以接受的。■范围本标准适用于单级单吸清水离心泵、单级双吸清水离心泵、多级清水离心泵。本标准不适用于其他类型泵。【解读】本标准仅适用于“清水离心泵”，标准规定的效率值是以常温清水为试验介质的离心泵效率值。至于“本标准不适用于其他类型泵”，由于标准中未对“其他类型泵”加以说明，因此引起了广大用户的普遍歧义。特别是对可靠性要求高的石化泵、火电厂及核电站重要用泵等，不适用于本标准。■条款4.1泵产品的设计、制造和质量应符合GB/T5657-1995[2]的规定。【解读】GB/T5657-1995《离心泵技术条件（Ⅲ类）》（等同于ISO9908：1993）标准为离心泵设计、制造的最低标准，对泵相关的设计使用寿命要求低或无要求，涉及安全可靠性的要求几乎没有。此条款内容也佐证了：本标准仅适用于“普通清水常温离2016年6月号总第57期｜泵工程师｜37表1容差系数数值量1级2级流量±4.5%±8%扬程±3%±5%泵效率-3%-5%NPSHr+3%或+0.15m+6%或+0.30m心泵”。■条款4.3泵产品的试验方法应符合GB/T3216-2005[3]中的2级规定要求，泵的性能Q、H、η、NPSHr允许容差系数应符合本标准中的2级规定。【解读】GB/T3216-2005标准对Q、H、η允许容差系数要求见表1：对于表1中的NPSHr，取两者的较大值。然而，此条款对性能允许容差规定的范围太宽，明显不符合节能要求。在实际工程应用中，如对于一些重要场合用泵、特别是大功率用泵，上述2级容差系数值是不可接受的。招标技术文件中通常会要求：在额定工况下，泵的流量、扬程及效率不允许有负偏差，NPSHr不允许有正偏差；效率保证值应以投标资料为准。根据此条款的要求，如果某清水离心泵的实际效率值与节能评价值η3之间的负偏差不超过5%，则说明该清水离心泵满足节能认证要求。示例：核电站某重要工位单级双吸离心泵，规定点性能为Q=3372.8m3/h，H=604.5m，n=5112r/min。按标准可以算出：泵目标能效限定值η2=85.6%，节能评价值η3=88.6%。而泵的实际效率为87.1%，该值未超出标准规定的5%的负偏差，说明该泵完全满足标准的“节能认证要求”。■条款7.3泵目标能效限定值η2在本标准实施之日3年后开始实施，并替代本标准第6章中的泵能效限定值η1。【解读】该标准于2008年7月1日实施，至今已超过3年。也就是说：现在出厂的清水离心泵允许的最低效率值应按“目标能效限定值”来确定。另外，该标准中并未列出“首级为双吸叶轮、次级为单吸叶轮泵”能效的计算方法（例如火电厂和核电站用凝结水泵、石化行业的VS6泵）。对于这一点，国内外文献基本都没有涉及。根据个人经验，首级叶轮之所以与次级叶轮不同，主要是为了改善泵的吸入性能，而整台泵的效率主要靠次级叶轮来保证。因此，应当以次级叶轮来计算整台泵的能效。当次级叶轮级数较多时（如5级以上），以次级叶轮来计算整台泵的能效不存在任何问题；但是，如果次级叶轮级数相对较少（如2级），以次级叶轮来计算整台泵的能效时，应允许有一定的负偏差。至于偏差的大小，欢迎同行们讨论。影响离心泵能效的因素■泵的本体设计（1）水力设计是影响离心泵本体能效最主要的因素。（2）比转速的大小是影响离心泵本体能效的另一个主要因素。高比转速泵具有较高的效率，因此，应尽可能选择较高比转速的离心泵（在满足汽蚀性能的情况下，应选择高转速的离心泵；对于多级离心泵，在满足安全可靠性的情况下，建议选择较多的级数），从而有利于降低运行能耗。（3）吸入比转速（也称汽蚀比转速）的大小也是影响离心泵能效的一个因素。按汽蚀基本原理，吸入比转速越大则泵的抗汽蚀能力越好，但泵的效率则越低。■系统设计大多数工业用离心泵均应用于系统上，因此，离心泵的设计、选型应与系统的设计统筹考虑、合理匹配。整个泵系统通常包括泵、驱动设备、管路的设计安装、运行控制及保护等。在我国石化泵的工程实践中，设计院或用户普遍存在对系统的设计过于保守的现象，致使大多数离心泵、管路和控制阀选择太大。有时，为了考虑未来负荷的可能增长，最终用户、供应商在原保守设计的基础上还会再增加一定“安全裕量”，以确保泵可以满足预期的能力，最终导致离心泵长期远离最佳效率点运行。这不仅增加了运行（能耗）费用，同时对泵的安全可靠性带来了负面影响，大大增加维护费用。另外，对于一些大流量工况，选用一台大的泵运行、还是选择两台或更多的小泵并联运行更高效、节能，这是系统设计与泵设计必须共同考虑的问题。合理的系统设计和正确的选型是最大的节能。■设计和制造标准执行不同的设计和制造标准，直接影响到泵主要零部件的尺寸和动/静零部件之间的间隙，从而影响到离心泵的能效。■运行方式运行方式与离心泵能效之间存在着直接和间接的关系。（1）连续运行或间歇运行。用于某些工况的离心泵，例如炼油厂延迟焦化装置中的高压水力除焦泵，其功能是为切焦器提供高压水、将集结在焦炭塔内的焦炭切成小块后冲离焦炭塔。为间歇运行，通常每天启停1~2次，每次运行2~4小时。这种间歇、频繁启动的运行方式，决定了其不适合采用平衡盘式平衡机构；同时，不得不增加动/静零部件之间的间隙，通过牺牲部分能效来提高泵的可靠性。（2）定速运行或变速运行。对于具有一个以上的运行工况的离心泵来说，建议采用变速运行的方式来降低能耗。例如火电厂高压锅炉给水泵，白天用电高峰时，将满负荷运行；到了晚上电网负荷下降时，通过变速降负荷运行，以确保泵一直处于最高效率点附近运行，进而降低泵的运行能耗。（3）单泵运行或多泵并联运行。例如对于某些大流量工况，从泵的整个生命周期成本（LifeCycleCost，LCC）来看，采用多泵并联运行所花费的成本比单泵运行可能更低。｜PumpEngineerMagazine｜June201638设计制造标准对离心泵能效的影响设计制造标准的不同，将直接影响到离心泵的能效。例如石化泵，设计制造执行API610[4]标准。API610标准永远将安全可靠性放在第一位，甚至不惜以牺牲一部分泵的效率为代价。这主要是由于它的一些特殊要求所决定的，如泵总体设计使用寿命最少为20年（不包括指定的易损件）、额定工况下轴承系统寿命不少于25000小时、采用刚性轴设计、为了保证任何工况下动/静部件均不易发生咬合加大口环间隙等等。API610-11th与GB/T16907-2014[5]、GB/T5657-1995标准主要差异见表2。由于API610标准所涉及的内容基本来自于良好的工程验证和操作实践，执行该标准的产品具有运行稳定、寿命长和安装维护方便等突出优点，因此，目前已被广泛应用于国内外重要工况、关键场合的设备中，如石油、化工用泵。对于火电厂、核电站的重要用泵，我们国家目前基本执行GB/T16907标准，并在实际设计、制造过程中吸收了API标准的一些有利于提高泵安全可靠性及寿命的要求，特别是核电站的重要用泵，其设计使用寿命要求更高（达到40～60年）。表2API610-11th与GB/T16907-2014、GB/T5657-1995标准的比较内容API61011thGB/T16907-2014GB/5657-1995泵设计制造寿命最少20年未规定未规定连续运行至少3年未规定未规定额定工况轴承寿命≥25000小时（系统寿命）≥25000小时≥10000小时压力泵壳设计压力悬臂泵至少为4MPa未给出具体数值未给出具体数值壳体水压试验压力设计压力的1.5倍设计压力的1.5倍设计压力的1.3倍压力泵壳最小腐蚀余量3mm，除非使用优等耐腐蚀材料3mm，除非可以接受比这更小的余量（如钛材）无要求承受的接管载荷较高较低较低轴设计要求刚性轴无要求无要求最小运转间隙相对较大相对较大未给出具体数值轴承架设计重载轴承架未规定未规定轴承座处振动限值较小较大较大产品生命周期成本与离心泵能效之间的关系人们最常见的一个误解是：能耗成本是泵效率的同义词。其实，在大多数情况下却并非如此。上世纪80年代，是中国火力发电大发展的时期，国外知名的电站泵生产厂家纷纷抢滩中国市场，大多数电站泵厂家的产品均以安全可靠性高而著称，其中有一家号称其产品在同行中效率最高而抢得一些市场份额，且经用户使用后发现其效率确实较同行略高一些，但却存在一个非常致命的缺陷——频繁断轴，最终被踢出了中国电力市场。因此，离心泵并非效率越高越好，高效往往是以牺牲安全可靠性和寿命为代价。大概从上世纪80年代开始，很多发达国家在设备采购和工程招标中便开始引用产品“生命周期成本”的概念，并作为一项必不可少的评标内容。LCC是指产品整个“生命周期”内的所有成本，包括采购、安装、运行、维护、直到报废后处理或回收再生等所有的费用，将产品寿命与其性能、可靠图1一台中型工业泵典型的LCC图标准解读ApplicationStory应用园地2016年6月号总第57期｜泵工程师｜39性、可生产性、可维护性以及质量和成本等综合考虑。LCC管理源起于美国军方，最初主要用于军事物资的研发和采购，适用于产品使用周期长、材料损耗量大、维护费用高的产品领域。1999年6月，美国总