泵送系統占全球電能需求的將近20%，在某些工廠中，它們所消耗的電能可以占到整個工廠用電量的20%-25%。在加工、發電、水務和建筑行業中，離心泵是主要的耗能設備。建筑和工廠是能效關注的重點，因為它們幾乎占全球用電量的80%。盡管如此，泵送設備卻很少被業內人士視為潛在的節能對象。

　　使泵運轉的能源成本被業界視為不可壓縮的費用，通常將其歸入固定成本。但是，通過使用一種系統方法可以將能耗降低20%-80%，從而使其變成了一項可變成本。

　　對英國已經安裝在用的設備進行審核，每年可以節省逾10 TWh的電能，減少大約550萬噸的CO2排放量。

　　安裝高效的泵和電機只能節省很少的能源。為了提高整體效率，必須考慮整個泵送系統(如圖1所示)。

　　應用系統方法來達到節能的目的，在某種程度上類似于‘精益制造’。從根本上來說，只有在必要的時候、必要的地點才泵送流體，這符合‘準時化’的原則。該方法旨在消除不必要的工序，從而使工藝得到顯著改進。

　　在評估已經安裝的設備時，能效是重點審核內容;它是實現整體系統節能的重要環節。到目前為止，能源費用是泵的壽命周期成本中花費最大的一部分(圖2)。根據泵的類型和運轉狀態，其能源費用占泵壽命周期成本中的40%-90%之多。此外，系統的工作效率不高還會導致能量轉化為有害的熱能和振動。

　　這會對系統零部件的可靠性造成不良影響。泵的實際工作點離最佳效率點越遠，其平均無故障工作時間就越短。因此，我們可以得出以下結論，即節能有利于減少維護和故障停機的時間成本。

　　泵送系統是工藝過程的關鍵設備。當它發生故障時，所造成的經濟損失往往遠遠超過了其修理成本。國際紙業公司(International Paper)經營著全美國的所有造紙廠。在為期一年的觀察中，發現它們經歷了101次泵故障，總共造成高達500萬美元的生產損失。每次故障的平均花費為5萬美元，其中相當大一部分是由于工廠停工造成的經濟損失。最嚴重的泵送設施故障案例之一是2011年海嘯引起的福島第一核電站故障。當冷卻裝置被水淹之后，泵送系統發生故障，進而造成三個受損的核反應堆發出巨大的核輻射。

　　整體系統節能

　　系統理論根據系統與外部世界的邊界和界面來定義系統(假設它是開放的系統)。在大多數情況下，泵送系統是開放的，而且通常相當復雜。因此，必須清楚地了解系統的邊界，以及輸出、輸入的動態變化。使用一副簡單的草圖即可清晰地說明泵送系統的主要特點。

　　評估泵送設備的能耗需要適當的方法和工具。泵送系統用能量評估標準ASME EA-2-2009中提供了合適的指導方法。此外，由美國能源部組織的泵送系統評估工具(PSAT)培訓可以提供必要的技能和知識。

　　遵循以下步驟即可便捷地對泵送設備進行評估：

　　A.確定泵送系統當前的工作任務。

　　B. 確定實際需求。

　　C. 調研主要的能量損失點在哪兒。

　　D. 采取相應的措施減少能量損失。

　　E. 使供給(泵和系統)與需求(工藝)相匹配。

　　F. 控制所采取的改進措施的有效性。

　　泵的性能

　　通常用一條性能曲線來表示泵的液壓特性，用一條系統曲線來表示整個泵送系統的工作性能。這兩條曲線都是利用揚程與流量的比率關系繪制而成的。工作點表示泵的液壓條件，該點位于兩條曲線的相交處。泵與系統協同工作，系統起主導作用，同時要遵循泵提出的限制條件。

　　不同類型的泵的性能曲線各不相同，具體取決于轉速。系統曲線體現了本質特性(例如提升高度、管道損失等)與工作變量(例如調節閥、液位等)的綜合作用。

　　泵與系統曲線是利用評估期間的現場測量數據來計算的，這些數據準確地反映了典型工況。評估大體上是一個無干擾過程，幾乎不干擾工藝。因為泵送系統幾乎沒有處于靜態狀態的，因此必須確定工作變量。認識系統和泵的特性有利于找到能量損失的源頭，并確定可能從哪些方面采取相應的節能措施。

　　尋找能量損失的源頭

　　低效能的源頭是評估泵送系統時關注的重要問題。有些源頭顯而易見，但是還有不少源頭乍看之下難以發現。通常泵送設備看起來一切正常，運轉良好，但是實際上浪費了大量的能源。

　　許多能量損失都與設備的歷史有關，例如，修改、技術選擇、使用了過高的安全余量等等。各種故障現象相互關聯，難以區分彼此，從而導致難以找到問題的根源，無法確定故障后果的嚴重程度。

　　能量浪費源頭的一些例子：

　　•管道和配件內的摩擦損失——這是最普遍的低效能的根源，它與液流在管道和配件內的流速有著直接的關系。選擇合適的泵規格能夠節省大量的能源。此外，潔凈的管道和流線型的布局也有利于節能。

　　•泵不適合系統——泵沒有工作在其最佳效率點，從而導致可靠性問題，并且浪費能源。這通常發生在為新廠房選擇泵的階段。由于管道系統模擬無法給出“準確的”信息，導致選用了規格過大的泵，所以使得系統的安全余量過高。為了降低成本而購買接近其最大工作流量的泵也會導致同樣的問題。此外，如果由于工藝發生變化而對系統的特性參數進行了修改，卻沒有對泵做任何改變(例如調整葉輪或者更換泵)，那么也會導致泵與系統不匹配。

　　•閥門節流和調節閥——當使用調節閥時無可避免地會出現低效能問題，因為它們依靠摩擦損失來調節流速。節流的數量意味著能量損失的多少，還說明泵的規格過大(參閱3.1節實際案例)。

　　•不必要的靜壓頭——提升流體所需的能量不一定總是有用，靜壓頭有時過大。例如，排水箱液位高而入水箱液位低，這是一種常見的問題。另一個例子是用露天排放管道取代止回閥。

　　•旁路/回流——盡管有各種理由使用旁路系統，但是它們的確是浪費能源的主要源頭。在這種情況下，有一部分液流在經過泵送之后返回吸入側，未被實際工作利用。通常安裝旁路是為了避免在某個工序不用時關閉泵，從而將我們帶到下一個工作點。

　　•當工序不用時管道內仍有流體流動——當液流在管道內不必要地流動時，系統消耗的能量是無效的。例如，常常發現冷卻水在不工作時仍然流向環路和換熱器中(參閱3.2節的實際案例)。

　　•供給大于需求——這是能量浪費的最大源頭之一，卻常常被人們忽視。當液流的流速超過工藝的需要時，或者當泵在不需要工作的情況下仍保持運轉時，都會造成能源的浪費。和某些輸送應用一樣，閉環系統常常以這種方式工作。當供給并非由需求來驅動時，還會造成其他的能量損失，例如本文前面所提及的那些。

　　能量浪費的源頭往往相互關聯，這意味著它們造成的后果會重復發生。所以，減少每一種源頭都有利于加強最終的節能效果。達到該目的的最直接辦法就是針對工作任務選擇合適的泵，并調整流量。

　　工藝需求

　　只有使泵送設備在需要的時候(準時)提供需要的功能，才能實現節能的目的。這意味著要確定泵的真正用途，在大多數情況下它并不是為了輸送液流。例如，在過濾管道中安裝的泵可用于輔助清潔液流;但是它的最終功能取決于為什么要首先清潔液流。“五個為什么”的方法有助于我們理解系統的目的。例如，當考慮結晶過程中所用的冷卻水泵時：

　　問：為什么系統中安裝有泵?

　　答：為了輸送冷卻水。

　　問：為什么要輸送冷卻水?

　　答：為了加速散熱。

　　問：為什么要加速散熱?

　　答：為了在規定的時間內使工藝冷卻。

　　問：為什么需要在規定的時間內使工藝冷卻。

　　答：為了控制結晶速度。

　　問：為什么需要控制結晶速度?

　　答：為了獲得合適的晶體大小。

　　結論：泵的工作任務由晶體大小來控制。

　　如果當泵運轉在最低流量工況下，仍然能確保實現系統的最終功能，那么就能達到最佳效率。液流在管道內的流速與流量成正比。摩擦損失隨流速的平方變化，因此會隨流量的平方值而變化。所以，減小流量有利于提高比能——使系統中單位體積的流體移動所消耗的能量。最后，為了達到期望的性能，應保證泵組適合其工作任務。

　　當需求變動時，系統的工作條件也相應地發生變化。確定系統在一段時期內的載荷情況有助于了解泵送設備的工作任務(圖7)。為了確定泵的工作模式，需要首先確定主要的工作點，這意味著能夠通過變化的工作負載計算出可能的節能量(這不同于使用單一的固定工作點)。

　　工藝需求取決于合適的泵送系統的工作情況。了解工藝的動態特性和需求對于確定工作方式起著重要作用。

　　固定的需求：

　　恰當的操作取決于泵的選擇和系統布局。選擇一臺能夠在其最佳效率點提供所需流量的泵是目標所在。揚程值由泵送設備在指定流量下的規定值來確定。PAST軟件能夠計算出當泵送系統工作在指定工作點時的泵和電機效率。當弄清楚工作任務和系統布局之后，就能提高該階段工作的成效。

　　變動的需求：

　　如果需求波動，那么泵送設備就必須運轉在多個工作點下，并且必須恰當地處理中間狀態。妥善的解決方案取決于系統的特性參數(例如靜壓頭、摩擦損失)和工作點。在一切可能的情況下，都應該盡量使需求的變動平穩、簡化，例如通過使用緩沖罐來達到這一目的。這樣做能夠降低峰值流量，從而減少能耗。

　　如果波動方式復雜，系統的操作會變得困難，往往需要一臺或者多臺泵以及特定的控制方法。常見的調節方法依靠調節閥和旁路。但是，現代控制技術避免使用低效能的元件，因為它們是以傳感器和計算信息作為反饋環節的控制環路為基礎的。它們通常更接近所要求的工作任務，而且更復雜。

　　使用變速驅動器能夠解決需求變動的問題。但是，它并非一種普遍適用的解決方案。務必要了解在何處以及如何使用變速驅動器，這一點相當重要，因為如果使用不當，則會導致能耗增加而無法節能。

　　對方案進行優化時要考慮實際工作中的重點和限制。往往不止有一種解決方案，因此可有多種方法來實現投資回報。節能效果最優的并不是節能潛力最大的解決方案，而是可實施性最好的方案。必須將能量審核的結果付諸實踐，以達到節能的目的，只有這樣才能使減少的能耗量，將縮減的維護和故障停機時間成本轉化為經濟效益，從而幫助實現預期的投資收益。

　　實際案例

　　英國進行了許多整體系統節能評估，下面介紹了加工行業中的兩個案例。二者都針對工作在現場的數百套泵送系統之一進行節能評估。

　　加工車間，食品行業，倫敦

　　*工作任務：將工藝流體從機械過濾器輸送到供應罐。

　　*泵：兩臺具有開式葉輪的離心渣漿泵，二者交替工作。傳送帶由110 kW的電機驅動。

　　*年耗電量：590 MWh，41,300英鎊，電價為0.07英鎊/kWh。

　　* 能量損失的主要原因：用于調整流量的調節閥僅工作在10%到40%的開度范圍內。顯然泵的規格過大，調節閥浪費了過多的能量。

　　*解決方案：減小泵的規格，并用變頻驅動器(該設備適用于泵的更新)取代調節閥。

　　*結果：節省了高達93%的能源，每年的電力成本縮減了44,000英鎊(單價8英鎊 /kWh)。二氧化碳排放量減少了298噸。

　　加工車間，制藥行業，蘇格蘭

　　*工作任務：冷卻塔和幾個流程之間的冷卻水回路。

　　*泵：兩臺具有閉式葉輪的標準離心泵，二者交替工作。與75 kW的電機相連。

　　*年用電量：370 MWh，25,900英鎊，電價0.07英鎊/kWh。

　　*能量損失的主要原因：確定冷卻設備的規格時，工作現場的面積比較大，而且考慮了今后擴容的需求。但是現在的需求降低了不少，入口和出口的溫差很小。

　　這說明流量過高，泵的規格過大。此外，冷卻水在換熱器和不用的流程管道內流動。缺乏合適的控制方法來改變系統的工作負載，同時隔離不用的管道。

　　*解決方案：減小泵的規格，并安裝一臺變頻驅動器，利用入口和出口的溫差來調節流量，然后采取常規程序隔離不用的管道。

　　*結果：節省了多達86%的能量，每年的電力成本縮減了20,000英鎊。二氧化碳排放量減少了172噸。

　　結論

　　采取系統方法能夠提高能效，減小維護和故障停機時間成本，從而降低泵送設備的生命周期成本。評估得出了定量的潛在節能數據，并提供了實踐指導，尤其強調了有效的解決方案和可能的投資收益�，F在可以對那些相比于從前發生變化的工藝予以改進，提高它們的效率，使工藝的投資回報時間變短，最終使系統變得更加靈活，更加適應實際工況的需要。

　　泵送系統在許多工藝中都是非常關鍵的設施。增強它們的性能有助于縮減工廠的故障停工時間，降低工作成本，同時提高靈活性。工業行業正面臨著成本高漲和不確定性因素增多的問題，因此，同時提高最終效益和生產率對大部分工廠來說都是一個好消息。

　　是否能達到期望的節能效果取決于評估的質量。因此，評估團隊的技能和所用的方法非常重要。公認的資格和認證有助于增加泵用戶對該項服務的信心。但是，目前針對泵送系統進行評估的認證機構和審核人員并不多見——這還是一個尚在發展的新興領域。盡管如此，美國能源部和英國泵業制造商協會所做的一些工作表明了今后的發展方向。