馬爾代夫柴油機電廠雙螺桿卸油泵吸入系統分析和處理

彭震

（東方電氣集團國際合作有限公司，四川成都 611731）

0.引言

螺桿泵屬于螺桿式容積泵，在輸送介質時，運動部件無接觸，可輸送含氣體的液體，甚至短期干運行也不至于損壞泵體[1]。因其結構簡單，具有良好的自吸能力，高效節能，輸送能力強，密封性良好，輸送流體無攪動，使用壽命長，較低的運營和維護成本等優點[2]，廣泛應用于電力和化工輸送領域，尤其在輸送粘度較大的流體或混相流體輸送中的應用越來越普遍[3-4]。2017年東方電氣集團國際合作有限公司總承包建設的馬爾代夫柴油機電站項目，燃用運動粘度為3.854cst（40℃），密度為0.8324g/ml（35℃）的輕質柴油發電。項目建于胡魯馬累海島之上，業主采用油船送油，油船卸油管道與泵站卸油管道連接，通過泵站卸油泵從船上卸油至電廠高度為12m的儲油罐中。設計方通過項目前期的現場調研和資料收集，綜合分析項目特點后選用2臺（1用1備）臥式雙螺桿卸油泵完成從油船卸油送到電廠儲油罐的輸送工作。項目采購使用的螺桿泵參數見表1。

表1 雙螺桿泵參數表

卸油泵站設備及管路布置如圖1，泵站入口段管路及附件配置如表2。

圖1 卸油泵站管路布置圖

表2 泵站入口段管路及附件配置表

卸油泵房外墻設置懸臂吊用于起吊固定鋼管路連接的波紋金屬軟管，通過旋轉接頭實現泵站側卸油管路的方向調整及與油船管路對接。螺桿泵入口管道中心的安裝高度為3.327m（以平均海平面為0m基準標高，以下標高數據采用相同基準），最高吸入管路（φ159×4.5）中心高度（標高）為5.0m。設計階段入口管路阻力損失按0.6m估算，初步核算入口管道阻力和啟動運行管路最點高程合計5.6m，小于7m油泵吸程，滿足油泵正常運行條件。

2.問題描述及分析

施工單位按設計圖紙完成泵站設備及管路安裝后，首次灌泵啟動調試運行2號卸油泵時，出現較大噪音和振動，泵卡澀，泵出口無流量輸出的現象。為避免損壞油泵，調試人員立即停泵，逐項分析檢查故障原因，排查電機轉向和電流均正常，管路閥門位置正常，未出現電機發熱現象等異常情況。油泵廠家服務人員核查了該泵制造參數和相關出廠試驗數據，未發現不符合項，并在現場對2號螺桿泵進行解體檢查，也未發現泵損壞和其他雜物卡泵等異常情況。設計院對管路水頭，阻力損失等進行了逐項初步對比和分析。從油泵到儲油罐的全部卸油管路長度220m，高度差為20m，核算總阻力損失為0.4MPa，按0.5MPa設計阻力，并選用0.6MPa壓頭滿足要求，判定泵出口管路阻力在設計泵壓頭范圍內。設計院在排除泵出口管路問題后，結合現場油船卸油的實際情況重點分析了泵入口管路，主要發現以下幾個與最初設計出入較大的不利條件[6]，可能會影響螺桿泵的吸入狀況。

（1）現場卸油船的實際是油船上自帶2根各約25m長的固定管路及連接軟管（DN80），通過快速接頭連接匯流三通至卸油泵站DN150管路，這部分卸油船自帶連接管路的阻力在原設計中考慮不足，考慮其管徑較小，長度較大，無法更改且必須通過此管路從油船油艙卸油，其并聯運行管路阻力需重新核算并增加至泵入口管路系統阻力計算中。

（2）從現場實際來看，油泵入口段管路走向和布置不盡合理，采用較多的拐彎和彎頭、閥門等附件，且泵站外墻側管路1.67m向上提升高度增加了油泵吸入高程和阻力，不利于油泵吸油。

（3）官方渠道獲取現場每天海平面因受漲潮落潮引起的海平面高度差近0.7m（平均高潮位0.34m，平均低潮位-0.36m），油船受此引起的海平面高差影響，以最不利設計原則，需考慮-0.36m的低潮位時保證油船正常卸油，所以泵吸程高度需增加0.36m裕度。

（4）現場配置10m的波紋金屬軟管偏長，超出其有效使用長度，現場懸臂吊操作易發生彎曲、折疊和破損，一定程度增加管路阻力并造成吸入空氣的風險。

根據上述分析和現場卸油系統實際情況，設計院重新核算了油泵吸入管路系統阻力損失如表3、表4。

表3 泵站段管路水力計算表

表4 油船自帶管路水力計算表

通過以上理論核算，油泵入口總管路損失為0.49+0.64+1.23=2.36m，加上初次運行需克服管路最高點高差5.0m，合計吸程至少需7.36m。若考慮每天海平面受落潮影響的最不利情況下-0.36m低潮位，綜合考慮極端情況下泵吸程阻力和吸上高度之和達7.72m（0.49+0.64+1.23+5+0.36=7.72m），已經遠超過此螺桿泵的7m吸程，所以的確存在因吸入阻力偏大，吸入總阻力和吸入高差之和大于油泵吸程及允許吸上真空度，造成油泵嚴重汽蝕和吸不上油的問題存在[8-9]。

3.解決措施及優化處理

計算分析得出上述論斷后，為保證項目進度和控制成本，在使用已采購螺桿泵并保證現場原設計管路盡可能小的改動基礎上，用最優方案減少泵入口阻力損失和吸入高差，以解決油泵吸油問題，設計方，泵廠家和施工單位多方商討后，綜合提出如下幾點優化處理措施，并由安裝單位實施完成相應的細化整改工作。

（1）協調業主盡量避開低潮位時刻從油船卸油，避免增加0.36m低潮位吸入壓頭。

（2）截取降低螺桿泵入口最高點管路高度，將原來泵站外墻1.67m的垂直段高度縮減為0.77m，管路降低0.9m高程至4.1m標高，直接降低了0.9m最高點油泵啟動吸程高差和管路阻力，使得入口阻力和最高吸上高度合計為6.46m（不計0.36m低潮位，若計0.36m低潮位則合計為6.82m），均保證小于7m的油泵吸上高度（吸程）。

（3）仔細檢查波紋金屬軟管氣密性，發現靠近接口處因折疊有破損和漏氣現象。現場根據實際情況，截取漏氣段波紋金屬管并將原設10m長度縮減為5m，進一步減少入口管路阻力并避免入口管道吸入空氣，防止降低吸程和產生汽蝕等。

（4）油泵泵撬底板與基礎之間空隙采用二次灌漿填實，以增加油泵基礎的穩固性，減少降低泵體振動。

（5）根據油泵啟動運行情況，適當調節和控制泵流量和壓力，靈活監控運行油泵，達到更佳運行狀態。

在完成以上整改措施并回裝2號螺桿泵后，調試單位再次啟動試運行此卸油泵，調節泵流量和壓力監測運行，油泵振動和噪音異常消除，泵卡澀和不出油問題得到解決，油泵運行正常。

4.結論及啟示

本文通過實際工程中對雙螺桿泵吸入系統分析和計算，得出泵吸入高程和阻力之和超過泵允許吸上高度（吸程）的結論，在現場實施合理有效的整改措施和處理方案后，該泵達到正常運行狀態。作者匯總得出以下幾點啟示和感悟，希望能引起讀者重視，避免在類似工程出現相似問題。

（1）保證泵吸上條件，是泵正常工作的重要條件，否則就會發生汽蝕，引起振動，噪音，卡泵及無流量輸出等問題。

（2）盡可能保證泵入口及出口管路的平順，簡潔布置，盡量減少拐彎和阻力損失，降低吸入管路吸上高差和泵的安裝高度，有利于泵的正常和經濟運行。如本項目泵房外被降低的0.9m抬升管段對泵運行是不利的，初步設計階段應考慮相應修改。

（3）現場情況的實地踏勘對設計輸入有著非常關鍵的作用，尤其是與外界接口的詳細參數和真實情況，將對接入系統設計起著決定性作用。設計方需對項目設計做正確和充分的校核計算，而不能照搬設計或疏忽遺漏。對本項目而言，原設計未充分考慮的油船管路阻力損失和泵站管路損失超出預估值，是泵吸上阻力超泵吸程的主要原因。

（4）現場最不利因素的確認，比如本項目漲潮落潮海平面的高差，會在某種情況下影響整個系統的運行。考慮最不利因素下的系統正常運行是設計面臨的挑戰，會對工程項目產生重大影響，而這方面的因素往往容易被忽略。