许多老化的制造工厂都经历过市场需求的变化，这些变化改变了他们的产品结构和产能。这些不断变化的系统需求往往会导致以前尺寸适合应用的设备在运行时明显偏离达到峰值效率和可靠性的运行范围。由于维护周期短和能源浪费，在这种模式下运行，设备的生命周期成本将大大增加。在可靠性受到严重影响的情况下，设备运行成本还可能因频繁故障和设备不可用而伴随着生产风险。

为了保持安全、可靠和经济高效的运行，确保泵系统得到优化非常重要。当需要优化泵系统时，许多最终用户会寻求购买新设备来满足已发生变化的需求。这可能是一项成本高昂、时间密集的工作，因为新设备的安装往往伴随着底座和管道的改造，需要将系统离线。与此相反，改造现有设备以满足新的系统需求，可提供一种定制的解决方案，既能保持原有的占地面积，又能在更紧迫的时间内完成，并且通常可以提供更适合系统的定制解决方案。

墨西哥湾沿岸的一家大型炼油厂决定进行一次这样的改造，该炼油厂（泵）的运行流量大大低于原来的系统需求。现场可靠性团队与一家独立的、专注于售后市场的旋转设备服务供应商合作，设计并实施了对现有设备的极限降功率改造。结果，优化后的系统不仅提高了泵本身的运行可靠性，还提高了其它受影响系统组件的可靠性。

墨西哥湾沿岸炼油厂正面临着美国石油学会（API）OH3型泵的挑战。这种立式管道泵制造于1979年，最初的额定流量为每分钟380加仑（gpm），扬程为 379 英尺。在最初的设计条件下，该泵以89 % 的最佳效率点（BEP）效率运行，处于优先工作区内。

随着时间的推移，炼油厂的原油板块发生了变化，强劲的馏分油市场将运营转向了较低的流量。炼油厂流程工程团队建议进一步减少输出流量，以提高装置利润，这将为炼油厂每年节省约150万美元。然而，人们对进一步降低流量将如何影响系统可靠性表示了合理的担忧。

在现有条件下，工厂运行时泵的运营低至每小时50 桶（BPH）（35 gpm）。此时，控制阀承受了很大的压差，阀门故障时有发生。与此同时，泵的运营降至BEP的 8 %。此时的运行严重影响了泵的运行可靠性，轴承和密封问题不断出现。

炼油厂确定了一个新的理想额定工况点，即在325 ft扬程处流量为63 gpm。他们还确定了一个140 gpm的最大运行工况点，在该点上偶尔需要运行泵。炼油厂的可靠性工程师正在寻找一种替代方案，以替代用新机器更换泵。

购买新设备不仅会对实施解决方案的预算和时间造成负面影响，而且还需要对管道和电气系统进行现场改造，这将成为一个重大改造项目。如果炼油厂被迫采用这种方法，就必须停机安装新泵和电机。炼油厂的另一个选择是对现有老泵进行水力降功率改造。然而，要实现如此小的流量降低，在工程设计上是一个巨大的挑战。

通常情况下，对泵的水力系统进行重大改造，只需改变蜗壳喉部区域，并设计一个具有不同几何形状（如叶片数、出口宽度或叶片角度）的新叶轮即可。售后服务提供商认为，这种极端的降功率改造需要更复杂的工程解决方案。他们的建议是对现有的蜗壳进行重新改造，以适应新的叶轮设计和straight-line centerline扩散体。这种扩散体也被称为channel wedge-type扩散体，在火箭涡轮泵应用和其它高扬程设计问题中有所考虑。

为实施该项目，我们在现场对泵进行了逆向工程，通过结合使用传统检测仪器和扫描仪，收集所有尺寸和几何形状。对尺寸数据进行处理后，创建了三维计算机辅助设计（CAD）模型和布局。创建模型后，售后服务提供商的水力工程师对实际径向和轴向尺寸进行了评估，以确保新的扩散体能够安装在蜗壳唇缘之间，并在叶轮叶片外径和扩散体叶片入口之间保持健康的距离。该设计还需要避免切削蜗壳涡舌，因为这会在扩散体出口处造成流动紊乱并增加径向载荷。

设计完成后，新部件被送去制造。由于流道较窄，售后服务提供商决定用一块实心金属铣制部件。这种制造工艺不仅保持了扩散体设计所要求的精度，而且实现了达到预期性能标准所需的高表面光洁度。改装后的泵部件成功地组装到了现有的壳体中，避免了在安装现场进行任何耗时或成本密集型的修改。

通过采用这种“开箱即用”的工程解决方案，炼油厂得以大幅度降低成本。通过避免现场改造，不仅降低了初始项目成本，而且通过改善机械密封、泵和控制阀的可靠性，提高了工厂效率、利润和收入，从而降低了设备生命周期成本。作为这一变化的附带好处，新的优化设计节省了大量能源，降低了设备运营成本，并帮助炼油厂所有者实现了其公布的可持续发展目标。

作者简介：Sergio Ramos 是一名泵改进工程师，在离心泵和旋转泵的设计、运行、安装、维护和故障排除方面拥有先进的机械和水力专业知识。Ramos 致力于泵升级和泵系统优化的机械设计。作为Hydro公司工程解决方案总监，Ramos 负责多个行业的泵改进项目。