泵系統(tǒng)的最小流量調(diào)節(jié)

李衛(wèi)晨子　位世榮

摘 要：在煉油和化工行業(yè)中，泵應(yīng)用十分廣泛。為獲得較高的運行效率，機泵最好能在優(yōu)先工作范圍內(nèi)工作。若流量太小，易造成泵內(nèi)產(chǎn)生過高溫升以及較大的震動而使泵損壞。常用的解決方法是從泵出口管線上引旁路線，對泵的流量進行調(diào)節(jié)。本文就常用的最小流量線設(shè)置進行介紹。

關(guān)鍵詞：泵;最小流量;設(shè)計

0 前言

在石油化工裝置中，機泵是重要設(shè)備之一，為流體提供足夠的壓力以滿足生產(chǎn)需要。泵系統(tǒng)包括泵、用于輸送流體的進出管線、用于控制流量的調(diào)節(jié)閥以及換熱器、罐等系統(tǒng)用戶等。隨著煉油和化工裝置規(guī)模的不斷擴大，機泵所需要的流量和揚程也不斷增加。

影響機泵運行的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)速、揚程、流量和效率等。當(dāng)流量發(fā)生變化，其他參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化，但在設(shè)計工況下運行效率最高。如果實際工作點偏出優(yōu)先工作范圍，落在極限工作范圍和優(yōu)先工作范圍之間，雖然也能夠運行，但效率會下降較快。由于泵在小流量運行時很不穩(wěn)定，可能產(chǎn)生汽化，尤其是對于輸送熱流體的泵，極易產(chǎn)生汽蝕，危及整個系統(tǒng)的安全運行。

1 最小流量

通常泵的最小流量由機泵制造廠家提供。若無法提供時，一般取泵的最小穩(wěn)定連續(xù)流量和最小穩(wěn)定熱控流量中的較大值。其中最小穩(wěn)定連續(xù)流量，主要是從泵振動方面考慮的，通常是通過大量試驗確定下來的。有一些產(chǎn)品沒有大量的試驗依據(jù)，一般情況下可取最高效率點流量的25%～30%做為最小穩(wěn)定流量。最小穩(wěn)定熱控流量是依據(jù)泵操作工況（包括介質(zhì)特性、操作溫度、進口壓力等），計算出介質(zhì)在泵內(nèi)不汽化的最小流量。

最小流量工況一般出現(xiàn)于以下幾種情況：

①泵排出線調(diào)節(jié)閥受上游設(shè)備液位所控制，生產(chǎn)中由于某些干擾，造成液位下降，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥關(guān)小甚至完全關(guān)閉，機泵會出現(xiàn)最小流量甚至零流量工況;②因生產(chǎn)調(diào)度需要，部分工段無法直接停工而不得不處于低負荷運轉(zhuǎn)，這時相關(guān)的機泵處于低流量甚至最小流量工況;③受實際操作影響。如某臺流程泵正常工作時流量較大，但在開停工期間僅需較小的流量而導(dǎo)致出現(xiàn)最小流量工況。

2 流量控制作用及方法

2.1 流量控制作用

①離心泵在低流量下運轉(zhuǎn)，泵內(nèi)會出現(xiàn)流體脫離現(xiàn)象，易使泵產(chǎn)生振動和噪音等;②功率較大的離心泵在關(guān)閉出口閥運轉(zhuǎn)時，泵內(nèi)的流體會越來越熱，嚴重時會燒壞軸承;③在小流量下工作，泵軸會受到額外的徑向力的作用。

設(shè)置最小流量管線可以使泵在運轉(zhuǎn)時，始終有一定量的流體流經(jīng)泵，防止泵軸受到過大的徑向力作用，也能有效避免噪音和流體發(fā)熱。

2.2 常用流量控制方法

常用的流量控制方法有三種，即直接節(jié)流法、旁路調(diào)節(jié)法和改變泵的轉(zhuǎn)速法。直接節(jié)流法指直接在泵的出口管線上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，利用閥門開度控制流量，如圖2-1。此方法簡單可行，但由于增加了管路阻力會損耗一部分功率，介質(zhì)流量低于額定流量的30%時機械效率很低，十分不經(jīng)濟。旁路調(diào)節(jié)法是指在泵出口管線的旁通管路上安裝調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度控制旁通管流量從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)管路流量，如圖2-2。此方法優(yōu)點是調(diào)節(jié)閥直徑較小，在流量較小又選不到合適的泵時適用較為普遍，但能量損失較大。改變泵的轉(zhuǎn)速指泵的驅(qū)動機為汽輪機或可調(diào)速電機時，可采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而達到調(diào)節(jié)流量的目的，見圖2-3和圖2-4。這種方法能量損失較小，但投資較高，一般適用于功率較大的機泵。

以上三種方法中，改變泵的轉(zhuǎn)速最節(jié)約能耗，但投資較大，維護成本高，適用范圍有限，也不能無限制的調(diào)速。前兩種方法雖然能耗大，但因其可靠、方便和投資低等優(yōu)點，使用較為廣泛。旁路調(diào)節(jié)閥因投資小更具有優(yōu)勢，下文就此方法常用最小流量返回線的調(diào)節(jié)方式做以介紹。

3 最小流量返回線設(shè)置

3.1 調(diào)節(jié)方式

常見最小流量返回線的設(shè)置主要有以下兩種方式：

在回流管線上設(shè)置限流孔板加截止閥，見圖3-1。

在泵的出口用戶不需要產(chǎn)品，僅減小流量以保證泵能正常運轉(zhuǎn)時使用限流孔板加截止閥即可。其優(yōu)點是投資小，主要缺點是不論工藝主線流量大小，旁路線始終都有流量。因此，選泵時應(yīng)把旁路流量附加到操作流量上，否則易造成用戶流量不滿足要求。另外，若泵的揚程很高，液體又處于飽和溫度下時，限流孔板后可能發(fā)生氣化，需要考慮孔板后管徑能否適應(yīng)兩相流，返回管線接入泵上游容器。

旁路管線安裝調(diào)節(jié)閥，見圖3-2。

采用旁路線上安裝調(diào)節(jié)閥的方法，調(diào)節(jié)閥由泵排出總管上流量的控制。此方法的優(yōu)點是：選泵可不考慮旁路流量，旁路線只有在流量過小時才打開，平時關(guān)閉以節(jié)省能量。雖然投資和維護成本較高，但節(jié)約操作成本。此調(diào)節(jié)方法比較迅速，對需要穩(wěn)定流量以及揚程較高的工況較適用。

綜合考慮，對大功率、高揚程的機泵而言，設(shè)備本身投資較高，旁路安裝調(diào)節(jié)閥能更好的保護機泵，即使新增回路的投資較高也是相對經(jīng)濟的做法。其他機泵需要設(shè)置最小流量調(diào)節(jié)時，使用孔板加截止閥的方式即可。根據(jù)工藝要求和投資情況可靈活掌握調(diào)節(jié)方式。

3.2 流量返回線位置

常用泵出口最小流量返回線匯入泵入口管線（見圖3-3）或泵上游設(shè)備（圖3-4）。

設(shè)置最小流量返回線的作用主要就是控制振動和帶走熱量。泵長期在低于額定流量下工作，易產(chǎn)生垂直與軸向方向的推力，而且泵在低效率下運轉(zhuǎn)，會使用入口液體溫度升高，蒸汽壓升高容易出現(xiàn)汽蝕。最有效的做法是將其接至上游的吸入設(shè)備，但設(shè)計中經(jīng)常都是將其接至泵入口，這樣做只能起到第1個作用。

若介質(zhì)溫度不高、不易氣化且上游設(shè)備與機泵距離較遠時，將返回線接入泵入口對操作和安裝是比較有利的，會大大減少投資和操作費用;反之，介質(zhì)易氣化時應(yīng)接入上游設(shè)備，否則易造成泵汽蝕，也不能達到設(shè)置流量返回線的目的。

4 結(jié)語

實際設(shè)計過程中，是否需要設(shè)置最小流量線、設(shè)置時旁路管線調(diào)節(jié)方式和接入位置等需要綜合考慮各方面因素，在滿足工藝要求的前提下盡量減少投資和能耗，選擇最優(yōu)的工藝方案。

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