工業領域和民生領域，有大量以泵和管網組成的流體輸配系統，如循環冷卻水系統、冷凍水系統、循環導熱油系統、自來水系統、采暖熱水系統等。按輸送流體加壓次數分類，常見的有一次泵系統和二次泵系統。本文簡要介紹一次泵、二次泵系統的特點，并從節能角度淺析二次泵在工業領域應用情況。

一、一次泵系統

1.一次泵系統簡介

一次泵系統指由一次泵加壓輸配流體的系統。以工業領域常見的一次泵流體輸配系統為例，如圖1所示。圖1所示的系統包含循環冷卻水一次泵系統和冷凍水一次泵系統。循環冷卻水系統由冷卻塔、循環泵（一次泵）、循環水供回水管道、調節閥以及冷卻水用戶等組成。冷凍水系統由冷水機組、冷凍水泵（一次泵）、冷凍水供回水管道、調節閥以及冷凍水用戶等組成。

2.一次泵系統的優缺點分析

循環泵是一次泵系統的核心，實際運行中需滿足各用戶對循環冷卻水流量和揚程需求，其優缺點分析如下。

優點：

1. 一次泵系統布局簡單，循環泵集中布置，適宜于熱源、冷源集中布置的場合，設備少，施工簡便。

2. 一次泵系統控制簡便，運行過程僅需對泵出口流量和壓力進行調節。

3. 對于供區范圍較小，各需求點對壓力需求較接近時，運行能效高。

缺點：

1. 一次泵系統設計中，循環泵揚程設計需要重點考慮最不利點的需要，對于最不利點流量需求估計以及裕量系數選取若稍有偏大，就會造成整個一次泵系統的揚程明顯升高，造成投資顯著增加，能源浪費嚴重。隨著技術的發展，尤其是變頻調速等技術的廣泛應用，在很大程度上緩解了一次泵系統因設計不匹配造成的浪費問題。

2. 在一次泵系統投運前，需要對管網進行水力平衡，對各支管上的調節閥進行調節，確保每根支管上的流量和壓力滿足末端需求。但企業實際運行中負荷波動明顯，各支管上的流量需求變化不定，調節失當易造成系統動態水力失調，結果可能造成部分管路流量不足（熱量或冷量不足，影響生產），而部分管路流量超量（熱量或冷量利用不充分，造成能源浪費）。

3. 系統壓力較高，一次泵系統為滿足供區內最不利點的壓力需求設計揚程，最不利點的需求可能拉高整個系統的投資，包括循環泵揚程提升、配套電機功率增加、管網耐壓壓力提升等造成的投資增加。

二、二次泵系統

1.二次泵系統簡介

二次泵系統指在一次泵加壓的基礎上由二次泵進一步加壓輸配流體的系統。二次泵以分布式布置為主（支管或干管），以工業領域常見的二次泵流體輸配系統為例介紹，如圖2所示。圖2所示體統包含循環冷卻水系統和冷凍水系統兩個二次泵系統。循環冷卻水二次泵系統由各冷卻塔、循環泵（一次泵）、循環水供回水管道、增壓泵（二次泵，部分支管安裝）、調節閥以及冷卻水用戶等組成。冷凍水二次泵系統由冷水機組、冷凍水泵（一次泵）、冷凍水供回水管道、增壓泵（二次泵，干管安裝）、調節閥以及冷凍水用戶等組成。

2.二次泵系統優缺點分析

二次泵系統是在一次泵系統基礎上，對不利管路進行局部增壓的輸配系統，其優缺點分析如下。

優點：

1. 二次泵系統供應較一次泵系統供區范圍可更廣，更有利于較大范圍的廠區集中布置冷熱源。

2. 泵的總裝機容量降低（相較于采用一次泵系統），運行效率較高，有利于降低運行成本；

3. 管網壓力較低，泵、管網初投資可減少。

4. 系統穩定性更高，配合調速控制系統，不易產生水力失調（安裝在支管上的調速二次泵，可取代調節閥調節流量和壓力），能夠做到按需分配。

缺點：

1. 較一次泵系統復雜，需要根據管網特性在合適位置布置二次泵，對二次加壓點的選擇難度較大，對設計的技術要求較高。

2. 設備較多，尤其是多支管分別布置二次泵時，需要對一次泵、二次泵進行協同控制，控制系統較一次泵系統復雜，維護工作量升高。

3. 對二次泵的可靠性要求較高。

三、改造案例分析

以某企業循環水系統為例，該企業循環冷卻水需求流量為3500m3/h，企業配置1座4000m3/h的冷卻塔（回水40℃，出水32℃），配置3臺循環泵（2用1備），泵參數為2000m3/h，揚程50m，拖動電機功率為315kW。循環冷卻水工藝流程圖如下圖所示。

該企業循環水系統設計偏大并且采用調節閥調節流量，運行能耗較高，經該企業經過摸底測試，對循環水系統進行智能控制改造，改造后，2臺循環水泵在夏季滿負荷工況下，智能控之后即可滿足流量和揚程需求。測試節能率在20%左右，節能效果顯著。

企業為降本增效進一步挖掘節能潛力，對循環水系統運行情況進行深入調研，四個主要的冷卻水用戶流量及揚程需求如下。

從調研結果看，企業的工藝裝置1和工藝裝置2對揚程要求較高，其中工藝裝置2為循環水系統最不利點（距離循環水泵距離遠且換熱器標高較高），工藝裝置1和工藝裝置2的總流量需求占比為55%，其余皆為低揚程需求，系統具備對工藝裝置1和工藝裝置2實施二次增壓的改造潛力。結合現場安裝場地以及投資等測算，企業決定對工藝裝置2循環水實施二次泵增壓改造，增加兩臺低揚程（一用一備）增壓泵（流量900m3/h、揚程10m，配套電機37kW），并同步配套智控系統裝置。改造后系統如下圖所示。

經調試運行，該改造雖增加了一臺37kW的增壓泵，但系統實際運行功率反而降低了約80kW，在原循環泵智能控制改造節能20%的基礎上，節能率進一步增加至32%左右，節能效果進一步提升。

四、結語

二次泵系統是在一次泵系統基礎上的進一步優化和提升，具有供區范圍大、系統壓力低、裝機功率小、能量損耗小等特點，對于供區范圍內存在不同壓力需要的系統，配合一、二次泵的智能控制，具有顯著的節能效果，適合于供區范圍較大的新建項目或一次泵系統改造，具有較大的節能改造潛力。

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