重芳烴塔頂泵葉輪切割分析

彭勇，黃佳富

（1.中海殼牌石油化工有限公司；2.中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 前言

芳烴裝置中，重芳烴塔頂泵是將來自重芳烴塔底的重芳烴油增壓后一路作為塔的回流，一路去歧化反應進料罐，實際生產中兩臺相同的泵并聯，實行一開一備的運行方式。重芳烴塔頂泵為中心線安裝，單級懸臂式泵，即OH2 型泵，嘉利特荏原公司生產，開工以來，泵正常量為245m3/h 左右，泵額定流量334m3/h，工作點偏離設計正常工作點較大，泵一直處于較小流量運行，導致泵的振動較大，達到7.0mm/s，振動主要集中于葉輪通過頻率，即5 倍頻，5 倍頻上的振動值為6.5mm/s，根據JB/T 8097-99，泵為C 級振動，長周期運行存在較大的風險。經過相關技術專業討論，決定對其葉輪切割，減小其富余能頭達到降低振動的目的。

2 重芳烴塔頂泵葉輪切割

2.1 葉輪切割定律

在實際生產和工作中，葉輪切割定律應用比較廣泛，深受廣大技術人員的重視。至今，國內外學者做了大量的研究工作，總結出很多種切割定律的形式。本文采用國內泵行業常用公式來確定葉輪的切割量。Q 公式如下：

式中，Q、H、P、D 為葉輪切割前泵的流量、揚程、軸功率、葉輪直徑；

Q、H、P、D 為葉輪切割后泵的流量、揚程、軸功率、葉輪直徑。

2.2 葉輪切割量的確定

泵設計參數如下所示：型號250x150UCWM57, 驅動端軸承為6318，非驅動端軸承為兩個7320BECB，軸承采用純油霧潤滑，密封采用PLAN23+52，在額定工況下，額定流量334m3/h，額定揚程99m，轉速為1480r/min，葉輪直徑532mm，軸功率97.5kW，泵效率68%，電機功率132kW。

式中，ns為比轉數，n 為轉數，r/min，Q 為體積流量（最高效率下），m3/s，雙吸泵時為流量的一半，H 為揚程（最高效率下），m，多級泵時為揚程除以泵的級數。

離心泵比轉數30 ～80 為低比轉數，該泵葉輪切割時，應采用低比轉數泵的切割定律。

目前，泵實際流量為180t/h，介質密度為736kg/m3，若將泵葉輪從設計的額定流量切至目前運行工況的流量，其切削量確定如下：

葉 輪 切 割 量 占 切 割 前 葉 輪 直 徑 比 例：

根據山東博山水泵廠研究，葉輪切割后，對減小葉輪直徑的計算值給予了修正，該比轉速的修正系數k 為0.95。

故葉輪切割量占切割前葉輪直徑比例應為0.95×0.144=0.137。

葉輪切割后，為了使泵的效率不會下降過多，對切割量要有所控制，具體見表1。

表1 葉輪外徑允許的最大相對切割量表

根據表2 可知：此泵最大允許切割量為葉輪直徑的20%。計算切割值13.7%滿足此條件。

即：最終計算葉輪切割量△D=72.9mm，根據切割定律，可知：

葉輪切割后的揚程H=73.7m，切割后的軸功率N軸=54.1kW

計算切割后葉輪直徑D=458mm ﹤最小葉輪直徑469mm。盡管此切割量是用切割定律計算確定，但在實際切割時應留有余量，其余量的大小完全是憑經驗確定，沒有更多的理論依據。同時，切割量計算值是在當前運行工況下計算所得，考慮到滿負荷運行和以后裝置擴能需求，本次葉輪最終切割量為△D=40mm，即，切割后葉輪直徑D=492mm。

2.3 葉輪切割后的額定工況

葉輪直徑切割至D=492mm 時，通過切割定律計算，其各項參數為：

假設將泵的額定工作點切割到工藝設計正常工況工作點，則：泵的設計正常工作流量為215.7t/h，采用類似上面的計算方法，得：切割量應為32mm，切割后的直徑為500mm，葉輪切割后額定流量為215.7t/h，即293m3/h，揚程為87.5m，軸功率為76.1kw。

可看出本次葉輪切割后的額定工作點與將泵的額定工作點切割到工藝設計正常工況工作點時差不多。

3 葉輪切割后性能核算

目前，葉輪切割后，泵的出口流量在180 ～200t/h，可以根據泵的性能曲線和切割拋物線結合切割定律來計算180t/h、200t/h 工況下，泵的揚程、軸功率以及切割前的對應工況點（也是近似等效率點）的揚程、流量、功率。切割拋物線是同一臺泵，在同一轉數下，葉輪逐次切割后，各對應工況點的連線。當葉輪切割量不大時，對應工況點效率近似相等，也稱為等效率線。

如圖1 所示，曲線1、2 分別為泵葉輪切割前、后的性能曲線，曲線3、4 是兩條切割拋物線。圖中、為葉輪切割后出口流量180t/h、200t/h 工況點，A、B 分別是葉輪切割前對應點，對應工作點滿足切割定律。

圖1 泵性能曲線和切割拋物線

查詢泵出廠竣工資料，泵的性能曲線圖以及泵的軸功率-流量曲線，可知，HA=101m，PA=87.5kW

表2 葉輪切割前后對應工況點流量、揚程、功率表

4 葉輪切割后運行情況

葉輪切割后，并對轉子做動平衡實驗，最終為G2.5級。目前工況下運行，泵的出口壓力由切割前的0.9MPa 降到0.78MPa，電機運行電流由165A 減小到140A，電流減小25A，泵出口兩分支管路上的調節閥開度都有所增大。泵3H點振動從7.0mm/s 降低到1.50mm/s，葉輪通過頻率仍是主導頻率，但此頻率上振動值從最初的6.8mm/s 降到了0.8mm/s，因此，本次葉輪切割達到了預期的效果，取得圓滿成功。

5 葉輪切割后的經濟效益

式中，P 為電機有效功率w，cos?為功率因素，U 為電壓V，I 為電流A。

式中，功率因素取0.89，電機實際工作中并不是額定負載，其功率因素小于0.89，計算出的節省的功率稍微偏大。

按照工業用電每千瓦時0.66 元，年均運行8400h 計算，葉輪切割后產生的經濟效益為8.12 萬元，因此有一定的經濟效益。

6 結語

通過對重芳烴塔頂泵葉輪的切割，減小其富余能頭，并且使泵的振動從C 級降到了A 級，使泵處于良好的工作狀態，很大程度上提高了泵的運行可靠性，同時取得了一定的經濟效益。