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GB／T 39984-2021 泵系统能耗评估.pdf

宜使用高效系统部件，并保持系统的高效运行。 当系统在部分载荷下长时间运行或要求改变较大时，如果技术和经济上允许，宜采用合理措施以保 证系统在所有工况下均高效运行。 宜评估流程需求以确定系统在满足质量、健康和安全要求的前提下高效运行。如果系统不在已建 立的边界内运行，则应制定整改计划并实施

B.2.3系统更新及改进

情况以文件的形式记录下来，内容包括测试方法及数据分析、效率改进措施和职责等 该报告宜存放在易取位置。 系统安装或改造后，宜基于运行条件进行评估

B.2.4泵系统的管道

增大管道的内径通常是减少管路摩擦损失和降低摩阻能耗最有效的方法。例如，在紊流区域，直径 增大10%可减少约40%的损耗。通常，在保证液体中的悬浮物能顺利输送的情况下，流速宜尽可能 降低。 宜尽量少使用弯头，并且在经济上可行的前提下，宜尽量加大转弯半径，从而最大程度地降低摩阻 损失。建议转弯半径至少为管径的1.4倍或以上。 宜避免直径骤变。条件允许时可采用扩散管。 选择部件时造价工程师手册.pdf，宜考虑使液体通过设备的摩擦损失降到最低。设备宜适用于被泵送的液体。 储罐的安装高度和表面压力影响系统的静水头。条件允许时宜使静水头最小化，

在应用任何分析技术前，对系统需求的通彻理解是十分重要的，这其中包括在评估节能因素之前， 需区分系统设计规范要求和实际工艺要求。 需要说明的是，一且发生物理或操作变化，系统曲线很可能发生变化，并因此导致不同系统需求，从 而需要另一种选代的系统分析。每一次对系统进 系统的最佳运行

B.3.2减少系统水头损失

减少系统水头损失的措施如下。该清单并不涵盖所有的措施，它仅列出了根据经验确认的被普遍 采取的措施： a) 消除/减少不必要的节流和/或再循环流动； b) 清洁或维护淤塞的部件，如热交换器； 将不必要的设备或不用的设备从管路上隔离； d) 保持管路高架部分的注水和排气； e) 减少/清除管路、热交换器和流程部件中产生的沉积物和结垢； f) 当没有必要进行隔离时，不要让管路出口和接收罐之间有气隙； 调节流量以保证其在系统要求范围内； h) 当输送黏性介质时，保持设计的泵送温度； 18

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i）隔离流量要求极低但水头远高于主系统所需水头的次级系统。

B.3.3降低系统流量

要求极低但水头远高于主系统所需水头的次级系

减少系统流量的措施示例如下，该清单并不涵盖所有的措施，仅列出了根据经验确认的被普遍采取 的措施： 保持热交换器最佳温差，优先考虑热交换器的设计效率； b） 隔离不必要的流动路径、不必要的泵再循环和泄漏阀、止回阀、最小流量阀； 在不会对生产计划造成不可接受的变化前提下，降低总的注人和排出量； d 不需要流量时关闭泵

B.3.4确保部件在最佳效率点附近运行

泉系统各种部件的运行效率会因其在各自曲线上运行位置的不同而发生很大的变化。通常，电机 宜运行在其效率曲线的平坦段。回转动力泵宜优先在最佳效率点附近运行（参见图B.2）。偏离最佳效 产点运行会快速降低泵的效率和可靠性。 还需要注意的是，不同类型的电机之间或电机与其他驱动机之间，效率会有显著差别。 注：安装的设备偏离最佳效率点运行时，将产生额外的能耗。这其中存在很多可能的原因，但大多数与工程设计的 变化或者系统需求的变化有关；所有的这些导致系统的低效。比较常见的因素如下： 在系统设计初期和系统运行前，有许多不确定的因素。设备的选择趋于保守，加上服务系数和设计余量的 选取，通常都会导致选择的系统过大； 系统设计时，考虑了额外需求； 当实际的系统要求不同于泵的性能时，系统效率将受到影响（并需注意，可靠性也可受到影响）； 系统状况的改变，无论是系统需求的改变或系统自身的老化，或特定部件和设备的变化； 当制定投资决策时，对将来能耗成本可能占总成本的比例最大的情况缺乏了解，从而导致设备的生命周期 成本偏高

B.3.5改变泵送系统的运行时间

当系统需求主要受摩擦损失制约时，通常采用改变系统运行时间的方法。这些应用包括但不仅 限于： 泵/提升站； 一系统电价因使用时间和系统构成范围而变化： 一流程停顿时系统的运行。当不需要流量时，通常采用再循环回路而不是关泵； 一并联泵组系统，运行过多的泵来满足流程需求， 提高泵送效率的一个好的方法是监测比能耗（参见附录F）。 在多数情况下，泵送流量大于需求量。特别是当应用涉及存储时，例如，工业应用中的填充罐，市政 应用中的抽空湿并和蓄水池填充。泵的启停取决于湿并、罐或水库中的液位。低流量意味着增加了运 行时间，但另一方面，由于流量的降低使摩擦损失也相应减小，从而实现了节能 在高需求的系统中，流量变低意味着低功率需求，因此达到节约成本的目的。（但并不意味着总是 能实现节能）。 在很多的应用中，泵的运行时间要比需要的长。例如多台泵并联运行，输出流量大于所需的量。这 在安装有冷却塔和冷凝器的系统中比较常见。当可以停泵时，操作者却不停泵，尽管已经不需要了，但 还是让其运转。这种情况可通过测量冷却塔或热交换器的温差来辨别。如果温差低于最佳温差，则流 速过高。这种情况下，可关掉一台或多台泵或通过改变转速来降低泵送流量，

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B.4回转动力泵基本节能计算示例

B.4.1当前能耗和评估后能耗计算

前系统的运行情况，确定降低扬程、流量和运行时间 的可能性，并使系统部件的运行尽可能地接近其最佳工况点。 泵传输给液体的水力功率计算公式（B.1)：

式中： P. 泵输出的水力功率，单位为千瓦（kW）； Q 流量，单位为立方米每小时（m/h)或加仑每分（gpm）； H 当流量为Q时的总扬程，单位为米（m)或英尺（ft)； 密度，单位为千克每立方米（kg/m"）或磅每立方英尺（lb/ft"）。 泵系统运行所需的电功率如公式（B.2)所示：

Q:H: .......(B.1) 367.000 331232

PS np : M : 7D

以下示例给出了计算说明以确定： 初始能耗； 运行工况改善后的能耗； 更换相关部件后的能耗。 图B.3给出的是一个从水箱A到水灌B的输水系统，靠回流管路保持恒定的泵出口压力，减压阀 上游的液位控制阀用以保持水灌B液面恒定：4.5bar(65psi）。水泵为电机直接驱动。 记录下列数据： 液体：水温20℃（68F），密度998.3kg/m（62.321b/ft²）； 工厂电耗成本：?0.60/（kW·h）； 测量流量：450m/h（2000gpm）； 测量过程中流量：输送到水灌B的流量：340m"/h（1500gpm）；通过旁通回流的流量： 110m/h（500gpm）通过旁通回流； 测量泵总水头：46m（150ft）； 电功率：78kW； 电机效率：94%； 年度运行时间6132h（70%）。

D) 确定当前系统需求。 提供的数据结果表明： 当前系统需求为340m/h； 可减低旁通110m/h的流量以实现节能。 在不更换部件的情况下，确定当前的年度功耗和年运行成本。 降低旁通流量的结果是： 流量：340m/h； 扬程：48.7m; 效率：62%。 使用公式（B.2)计算得出的功耗为77.3kW。年运行成本284400。 泵改造： 根据初步分析得到的数据，采取相应的措施，可进一步实现节能： 控制阀的压差从1.75bar降低到1bar； 一叶轮从327mm切割到301mm，把工作点降低到扬程41.3m，流量340m²/h，效 率65%。 这样，使用公式（B.2)计算得出的电功率P。为63.5kW，年度运行成本为￥233580。 确定更换部件后的年度功耗和年度运行成本。 现有泵安装变频驱动，结果是： 流量为340m/h时，转速为1580r/min； 扬程37.9m; 一泵效率66%。 根据公式（B.2)计算得出电功率P。为59.5kW 年度运行成本为218940。 根据当前需采购新泵： 流量340m/h; 一 扬程41.9m; 一泵效率84%； 一电机效率94%。 根据公式（B.2)计算得出电功率P。为49.1kW，年度运行成本为￥180660。 表B.1给出了节能计算结果

表B.1节能计算结果

所有示例采用下述系统条件：水温20℃，电机效率94%，电费￥0.60/（kW·h），年运行时间6132h 按照制造商规定，变频驱动效率为95%

B.4.3密封辅助系统

密封系统可能是导致能耗过大的另一个原因。不合理的密封或密封支撑系统相关的过剩能量可消 22

密封系统可能是导致能耗过大的另一个原因。不合理的密封或密封支撑系统相关的过剩能量可

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耗大量的能量和浪费大量的设施。建议由专业人员进行进一步检查，见示例 运行中，密封部件（机械密封及其支撑系统)产生的总能耗主要是由密封腔中流体的摩擦和黏性剪 切（也称作摩擦损失）以及密封支撑系统的能耗构成，密封支撑系统是用来为密封腔提供合适的环境。 在一定情况下，密封支撑系统的能耗可等于甚至大于泵驱动的能耗水平。 表B.2给出了各种常用密封管路方案（参见API682)对能耗影响的定性评估示例

表B.2基于API682密封管路方案的能耗影响示例

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4）流量和功率都随黏度的增加而增加； 为了使容积泵产生的压力满足系统的要求，不宜存在关死扬程和出口节流的情况。为了安全， 泵的下游需要安装泄压装置，但这不宜作为影响能耗的因素，除非此装置规格不合适并通过泄 压阀进行再循环； 容积泵不是产生扬程的装置，而是基于压差而不是扬程直接进行设计计算的装置。 扬程和压力关系通过公式（B.4）计算：

一压力，单位为巴（bar)或磅力每平方英寸（psi)； H扬程，单位为米（m)或英尺（ft)； ——密度，单位为千克每立方米（kg/m"）或磅每立方英尺（1b/ft"）； —9.81m/s或32.2ft/s。 泵传递给液体的水力功率的计算公式（B.5)为：

式中： P. 泵输出的水力功率，单位为千瓦（kW)或马力（hp）； Ap 一压差，单位为巴（bar)或磅力每平方英寸（psi)； Q 一流量，单位为立方米每小时（m²/h)或加仑每分（gpm） 泵系统运行所需电功率的计算公式（B.6)为

D =P+P M·D

P。一输人电功率，单位为千瓦（kW)或马力（hp）； P一一机械和黏滞性的内部功率损耗，单位为千瓦（kW)或马力（hp)； 泵的内部功率损耗来自于机械摩擦、内部回流和流体在流动时与零件之间由于牵制效应产生的黏 滞损失，这些损耗的估值可从泵制造商处获取。 驱动的大小取决于最大黏度和压差。 当系统功能性需求满足以下条件时，通常认为容积泵处于最佳工况运行： 最低需求流量； 一最低需求压差； 一最低运行时间； 一最高部件效率。 泵供给系统的最佳水力功率是将上述条件代入公式（B.5)中计算得出的，最佳电功率是通过将最 佳水力功率和最佳泵效率、电机效率、驱动效率代人公式（B.6)计算得出的。 按照本标准，评估需建立评估系统年度总耗能基准，

B. 5. 2 示例

B.5.2.1现有条件（见表B.3）

一个将液体由A罐输送到B罐的系统（如图B.5）。

表B.4最佳系统流量与无再循环控制系统匹配流量对比

除上述这些特殊考量外，还可考量表B.4中使用的方法。

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本章规定了评估员所需掌握的系统和泵送液体相关专业知识/经验的范围，包括： a）泵系统能耗基本知识： 1）评估员需熟悉泵系统，其中包括多种多样的设施和设备，部件包括工艺装置，储水罐和压 力罐等。不同的被评估系统，系统内安装的泵和驱动的类型和数量也不尽相同。 2） 评估员需熟悉泵、驱动、控制阀、工艺部件，并能够确定每个系统部件对系统能耗的影响 因素。 D） 系统性能特性： 1）评估员需熟知系统中液体的物理性质（包括密度、黏度和蒸气压力）对系统的影响方式，以 及这些物理性质对泵系统中各部件运行的影响。 2 评估员需熟悉水头的所有不同组成部分，如总水头、静水头和摩擦水头，并能针对任意给 定系统确定上述每个水头。评估人员还宜具备生成和理解系统曲线图的能力，并能理解 一段时间内的运行包络图（时长示意图）。 3）通过采用确定摩擦水头损失的方法，评估员宜熟练地确定被评估系统中全部部件的摩擦 水头损失。 4）评估员需具备建立系统需求和系统轮廓的能力， 5）评估员需具备通过对能耗、液体水力特性和系统需求的考量，来优化系统流速的能力。 6）评估员需具备确定并联泵和串联泵配置下系统特性的能力

本章规定了在对泵的特性以及液体对泵的水力性能和系统的影响进行评估时，评估人员所需掌握 的专业知识/经验的范围，包括： a）液体能量基本知识： 1）评估员需具备确定液体能量各种组成部分的能力，包括压力、位置头、流量和速度水头，以 及其如何遵循伯努利原理的关系； 评估员需具备判定不同液体特性的能力，如密度、黏度、温度等。 b）泵特性： 评估员需了解泵的性能特点以及其与系统之间的相互作用。这些特性包括扬程，流量，功率， 效率，有效汽蚀余量/必需汽蚀余量，泵的相似定律以及他们之间的数学关系式。 系统特性及其对泵性能的影响： 1）评估员需有能力确定优化泵型和系统类型可能所需的变化； 2）评估员需了解在额定转速或变转速条件下，采用并联和串联泵的性能特性以及其与相关 系统的相互作用。 少数报平售

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测量要求； 2） 评估员需具备对泵参数、驱动（电机或其他）和系统操作特性进行精确、可重复的直接或间 接测量的能力

测量要求； 评估员需具备对泵参数、驱动（电机或其他）和系统操作特性进行精确、可重复的直接或间 接测量的能力

本章规定了需要掌握的关于电机特性、功率因数修正、变速驱动（机械和电气)以及其对回转动力泵 影响等的专业知识和相关知识。评估人员需了解： 电机性能特性，包括各种启动方式如软起动、星形/三角启动、自耦变压器和调速驱动启动。评 估员还需熟知在启动过程中泵施加给电机的扭矩与转速的关系，以及如何确保最优化该关系 以选择合适的电机。 传输装置如齿轮箱、皮带传动、液力或磁力耦合器。 不同类型的变速驱动及其性能和效率特性。 泵、系统和驱动之间相互匹配的各种因素。了解高低不同的静水头系统及其对泵驱动转速的 影响也是至关重要的

本章规定了分析现场测量数据以形成逻辑清晰的连贯性报告，从而确定泵系统节能空间（见附 A）所需掌握的专业知识。包括： 评估员需具备分析所收集的现场数据的经验，并能理解系统内各部件包括泵、工艺部件和控制 部件之间的相互作用。这些相互作用包括性能和系统的特性曲线，还需具备评估其基于时间 的变化及其对系统特性的影响的专业知识 评估员需明确性能曲线、系统特性曲线以及需求变化对系统的影响。 评估员需熟知系统中发现的各种部件，以便确定其对系统效率产生的影响。 评估员需具备分析系统控制原理对能耗影响的能力

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系统评估方法的主要目标是识别实际系统需求，通过与当前工艺数据对比，找出潜在的节能空间 分析软件的数据库中宜包含通用的泵和电机的算法，将特定的数据与最佳的可用数据进行对比。 分析系统所用的方法需存档，并说明达成结论所引用的数据源、公式和方法。 不管采用何种方法（手工计算，对照表，或电脑软件），都宜考虑如下因素： 分析软件宜清晰地识别出嵌入算法中的数据源： 1）工艺数据： （1）液体性质：液体名称、温度、密度（比重）、黏度、估算的有效汽蚀余量/必需汽蚀余量； （2）静水头：源头和终点的液位、源头和终点的表面压力； （3）工艺组成部分：制造商、认证、设计压差、操作压差、流量。 2） 铭牌数据： （1）泵：制造商的说明（型号、尺寸、级数）、泵的性能曲线、转速、恒速或变速； （2） 电机：制造商、NEMA/IEC安装尺寸、功率、相数、频率、转速、电压、满载电流、功率 因数、NEMA/ISO标称效率或效率等级、保证效率； （3） 变速驱动：制造商、效率； （4） 控制阀元件：制造商、阀型号、尺寸、特性、压力等级、流向、制造商提供的控制阀 数据。 3）运行数据： （1）泵：进口压力、出口压力、流量、额定转速（r/min）、泵曲线中的效率； （2）电机：功耗、线电压、线电流、运行负载下的功率因数和效率； （3） 变速驱动：负载条件下的效率； （4）控制阀元件：阀门位置、差压。 确定当前系统工况下各元件的实际能耗。 确定最优的系统工况和相应能耗。 对结果进行交叉验证，确定输入系统的能量等同于系统消耗的能量。 确定系统的节能空间

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泵系统的建立是为了将一定体积的液体从一个点输送到另一个点（在循环系统中，这些点是相同 的）。系统输送单位体积液体所消耗的能量称之为比能Es，比能是计算输送成本的有效方法。其优点 是在已知能耗成本的情况下，可直接测量泵的输送成本。 比能耗也被用以比较不同系统的有效方案。 在恒定流量的系统中.利用公式(F.1)计算比能Es：

式中： 表示时间： P。 为驱动机的输人功率； 体积； Q 一 一流量。 在变流量系统中，Es为流量（Q）的函数，因此其关系式并不固定。 通过制造商提供的不同负载和转速下的泵、电机和驱动参数来计算Es。 在计算出Es三(Q)后，将计算后的信息结合系统负载数据即可得到运行成本。可根据泵的数量 和不同的调制方式对系统设计进行对比

E.2不同类型泵系统的比能

所需的泵水头可分为静水头Hs和动力摩擦损耗水头H，将两者相加得到的总水头并结合速度 系统的驱动效率，可得出输入功率的计算公式（F.2）：

7 drive 7motor : 7pump

Pin=(Hs+H):pg Hsp:g Q n drive 7motor : Npump f Hs : 7drive : 7motor

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寄生功率可作为识别低效（不可靠)泵系统的一个指标，帮助进行泵型和控制方法的选择，从而确保 在整个工况范围内系统的高效、可靠以及达到设备的预期寿命

水力功率计算公式（G.1)： 3.6X106 3960 式中： P. 水力功率，单位为千瓦（kW)或马力（hp）； d 比重（无量纲量）； 0 密度，单位为千克每立方米（kg/m"）或磅每立方尺（lbm/ft3）； Q 流量，单位为立方米每小时（m/h)或加仑每分（gpm）； g 常数，等于9.81m/s²或32.2ft/s²； Hs 静水头，单位为米（m）或英尺（ft)； H 摩擦水头，单位为米（m）或英尺（ft）。 泵的轴功率P.,单位为千瓦(kW).利用公式(G.2)计算

寄生功率公式（G.3)：

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泵系统效率指标（PsEi）是一个近似值，用于给泵系统效率提供“初步通过”的指示。 H.2中的PsEI示例适用于水，其他液体可应用类似指标。 PsEI是0～100范围的一个数字，表示提供给泵系统的能量有多少是必要的。 例如，如果计算得出的指标为36，那么每100个单位供给能量中，仅有36个单位是所需的，剩下的 64个单位为不必要能量。 指标可用于： 开式和闭式泵系统； 任意泵型（离心泵或容积泵）； 安装的任意数量的泵。 指标可由以下两组数据中的任意一组计算得出： 瞬时数据，给出测量时的能效指数； 期间数据，给出一段时间内所有输送工况下的指数

H. 2 Psm计算

表H.1给出了计算Pss所用的符号和单位

表H.1变量单位和符号

H.2.2输送工况，(a)瞬时数据

泵系统效率指标Y，利用公式（H.1)和公式(H.2)计算： 38

泵系统效率指标Y，利用公式（H.1)和公式(H.2)计算：

式中： K，—等于1.25(公制)或等于0.24(英制）。

H.2.3输送工况，(b)期间数据

DB5323／T 95-2019标准下载式中： K。——等于0.35(公制)或等于0.0004(英制)

—等于0.35（公制)或等于0.0004(英制）。

H.2.4闭式回路工况

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对于闭式回路应用，选择公式（H.1)～公式（H.3)中适用的公式。“L”值是从泵出口至泵人口环 送线路的最短距离。

如果指标较低，则表明泵系统中存在下列一个或多个潜在问题，建议进一步调查研究： 泵与系统需求不匹配； 泵偏离最佳效率点运行； 管道中的高流速； 控制欠佳； 泵内过度磨损； 管道/阀/连接配件阻塞

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