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如何优化离心泵的运行(五)

如何优化离心泵的运行(五)

Kristo Naude 泵沙龙
 2024年08月30日 07:02 
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编者按:本案例研究由得克萨斯州农工大学涡轮机械实验室的一名泵顾问提供,学生们可以在该实验室获得实践经验,为他们提供现场泵培训。在这篇文章中,学生们学习了做数学的重要性。


两年前的冬天,康涅狄格州一家工厂的地区工程经理打来电话,询问为发电锅炉供油的2号燃油泵的运行问题。泵无法正常工作。

问题发生得很突然,同时伴随着流量急剧下降、振动加剧、噪音巨大和泵壳体过热。

当时正值寒流来袭,需要工厂能发更多的电。

在对系统布局和症状进行讨论后,“原因 ”变得清晰起来。寒冷的天气导致室外长吸入管线中的燃油粘度增加,直至无法满足泵所需的净正吸入压头(NPSHR)。这是一个NPSH问题。

需要进行实地考察,以评估如何解决NPSH不足的问题。问题显而易见。最佳实践指南中具有包含“尽可能缩短吸入罐和泵之间的距离”等措辞,而这种布局却不同。使问题更加复杂的是,260英尺长的吸入管线没有现成的伴热源(电力或蒸汽)。

唯一切实可行的解决方案是,要么用直径更大的管线替换整个吸入管线,要么安装第二条平行的吸入管线,以减少摩擦损失。

这两种方案的价格都超过10万美元。没有简单的解决方案。需要进行更多的研究。

为了确定每种方案所需的适当直径,使用泵和管道水力建模软件对系统进行了建模。出现了一个意想不到的问题 - 尽管粘度增加,且吸入管线变长,但对装置NPSH的影响(NPSHA)仍然无法满足泵必需的裕量(NPSH3)。

显然,这是不正确的。研究小组认为一定是计算机出错了。经过手工计算,软件输出结果得到了证实。随后,在进一步研究2号燃料油的行为时,发现这种燃料油在极冷条件下具有蜡化或凝胶化的趋势。

这才是真正的问题所在。粘度不仅增加到摩擦损失过大的程度,而且暴露在寒冷环境下的管壁温度也下降到足以让燃油在管壁上形成蜡质并径向向内扩散。管道中缓慢流动的液体失去了足够的热量,进一步减小了管道的有效水力直径,以至于无法再满足NPSH3的要求。

计划是增加吸入管线的容量以减少摩擦损失,这将进一步降低该管线的线速度。这将进一步增加流体停留时间,从而进一步增加蜡化的趋势和机会。

使用中开双吸两级泵向锅炉提供2号燃油(见图1和图2)。


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图1:背景中显示的是来自储罐的长吸入管线(图片由 Kristo Naude 提供)


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图2:中开双吸两级泵的下半部分


由于锅炉所需的流量较低,而泵所需的动态扬程却很高,因此锅炉流量对离心泵来说是一种很不舒服的负荷 - 即使对低比转速的泵来说也是如此。研究发现,在25 %的最佳效率点(BEP)时,锅炉流量是通过泵的唯一流量。由于泄压阀在曲线的平坦部分不起作用,且启动压力设置过高,因此最小流量再循环(回流至燃油储罐)基本上不起作用。首选方案(在线流量计)无法使用。

由于泵仅在25 % 的BEP下运行,最小流量再循环管线处于闲置状态,因此最佳解决方案也变得明显。

与最初的直觉相反,解决方案不是增加吸入管线的直径和容量以减少摩擦头损失,而是恰恰相反:增加流量和线速度。

需要进行一个小的修改,通过永久性地将旁通阀打开到适当的设定值来激活最小流量再循环,以充当最小流量孔板。停留时间将减少,对环境的热损失也将减少,从而推迟蜡化时间。

这种情况下的系统改造并不难实施。该解决方案将带来双重好处:NPSHA将得到改善,泵性能曲线上的工作点将得到提高(离BEP更近),离心泵的可靠性也将得到提高。

经过计算,确定了最佳解决方案后,就确定了一个双赢的解决方案:


1)减少介质在低温下的吸入管线中的停留时间,从而降低了蜡化的风险。

2)泵的最小流量再循环现已启动并正常发挥作用,使泵能以接近65 % 的BEP运行。这比以前的 25 % 有了很大改进。

3)以最小的投资实现了重大的可靠性改进。


重要的是,不仅要注意这个问题的技术细节及其解决方案,还要认识到做出不准确的假设和得出不正确的结论是多么容易。

用事实得出结论。在本案例中,最初的假设会导致实施的解决方案失败。

从这里得到的主要教训是要做好计算。这比错误的结果代价更低,也更容易实现未来的职业抱负。


作者简介:Kristo Naude是NRG能源公司的高级工程师,也是德克萨斯A&M涡轮机械实验室的泵顾问。他于1986年获得Pretoria大学机械工程学士学位,并于1998年获得Stellenbosch大学商学院的工商管理硕士学位。


泵沙龙注:封面图片来源于KSB。


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