多級離心泵改造方案分析及其在工程中的應(yīng)用

王光明

（海洋石油工程股份有限公司，廣東深圳 518067)

多級離心泵改造方案分析及其在工程中的應(yīng)用

王光明

（海洋石油工程股份有限公司，廣東深圳 518067)

根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》、API610石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵標(biāo)準(zhǔn)及平臺改造泵的經(jīng)驗(yàn)，從多個角度通過最小流量的限制和切割定律理論對多級離心泵的改造方案進(jìn)行了分析，包括拆級、換葉輪、切割葉輪、打回流及換低轉(zhuǎn)速電機(jī)。并結(jié)合工程案例，對多級離心泵改造在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)方案論證。

多級離心泵；最小連續(xù)流量；切割定律

1 多級離心泵改造方案分析

1.1 揚(yáng)程適應(yīng)性改造

根據(jù)實(shí)際情況，在配產(chǎn)減小的情況下，海油平臺外輸泵揚(yáng)程均比額定揚(yáng)程小，在流量沒有變化或者變化較小的情況下，可通過減少級數(shù)來減小揚(yáng)程。根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》，級數(shù)與揚(yáng)程成等比關(guān)系，即每減小一級，揚(yáng)程按剩下的級數(shù)占總級數(shù)的比例等比減小，公式可表示為N1/N2=H1/H2，式中N1為原級數(shù)，H1為原揚(yáng)程，N2為拆級后剩下的級數(shù)，H2為拆級后的揚(yáng)程。特殊情況下，如果工藝需求揚(yáng)程太小，級數(shù)減到單級也無法滿足要求，可通過調(diào)整下游調(diào)壓閥實(shí)現(xiàn)減壓。拆級后，離心泵內(nèi)多出的空間可以用節(jié)流筒來填補(bǔ)，以減少流道損失。

1.2 流量適應(yīng)性改造

多級離心泵流量逐年變化是最大的，其流量適應(yīng)性改造也是最難的。對于泵本身，根據(jù)泵的性能曲線，其流量越小，揚(yáng)程越大；而對于工藝輸送需求而言，流量越小，要求的輸送揚(yáng)程也越小。這就是矛盾所在。流量的適應(yīng)性改造可以從兩方面來考慮，一是考慮切割葉輪直徑，二是考慮打回流，也可以同時考慮兩種方式來改造泵。

根據(jù)改造原則，為保證泵安全穩(wěn)定運(yùn)行，如果工藝需求運(yùn)行流量＜40%的額定流量，即小于最小連續(xù)流量，一方面可以通過切割葉輪直徑的方式來進(jìn)行改造。理論上按最大可切割葉輪直徑為20%，實(shí)際切割過程中，按經(jīng)驗(yàn)考慮，可切割到30%。根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》里的切割定律，葉輪直徑與流量成正比，與揚(yáng)程的平方成正比，即D1/D2=Q1/Q2，D1/D2=（H1/H2）2。葉輪直徑切割后，泵的最小連續(xù)流量為70%×40%=28%的額定流量，如果泵的工藝需求運(yùn)行流量＜28%的額定流量，就必須換新泵。

另外一方面可以通過打回流來滿足工藝需求運(yùn)行流量，理論上工藝需求運(yùn)行流量≥20%的額定流量時打回流，回流量按20%額定流量考慮，保證回流后泵的運(yùn)行流量≥ 最小連續(xù)流量，泵均可正常運(yùn)行，實(shí)際情況下，考慮到回流不節(jié)能，回流升溫等問題，建議工藝需求運(yùn)行流量＜30%的額定流量時就不能回流。

綜上，當(dāng)泵的工藝需求運(yùn)行流量在40%～120%的額定流量時，可以不用對泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造；當(dāng)泵的工藝需求運(yùn)行流量在30%～40%的額定流量時，可以對泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造；當(dāng)工藝需求運(yùn)行流量＜30%的額定流量，考慮到小流量對泵的振動、噪音及壽命的影響，無法通過改造來滿足工藝需求，必須更改新泵。根據(jù)API610的標(biāo)準(zhǔn)，泵的優(yōu)先工作區(qū)在70%～110%的額定流量，因此建議工藝需求流量在40%～70%額定流量時，也對泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造。

1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速對泵的影響

根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》，電機(jī)轉(zhuǎn)速與流量成正比，與揚(yáng)程的平方成正比，即n1/n2=Q1/Q2，n1/n2=（H1/H2）2。因此可以通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)泵的改造。如果原泵本身的電機(jī)就是變頻電機(jī)，則泵的適應(yīng)性就比較強(qiáng)，只要在變頻的性能曲線范圍內(nèi)，流量和揚(yáng)程均能實(shí)現(xiàn)。如果不是變頻電機(jī)，可考慮更換電機(jī)。由于配產(chǎn)減少帶來的是泵的工藝需求流量和揚(yáng)程均減小，如果繼續(xù)使用原電機(jī)，則存在大馬拉小車的情況，泵效率較低，更換成小功率的電機(jī)則可以減少能耗。如果原電機(jī)本身是大轉(zhuǎn)速電機(jī)，則可以更換為小轉(zhuǎn)速的電機(jī)。

2 工程案例應(yīng)用

某海油平臺原有3臺5級臥式離心泵，原單臺泵的額定流量為221m3/h，額定入口壓力為520kPa，額定出口壓力為5 722kPa，相對密度為0.813～1，現(xiàn)需將其中的2臺泵進(jìn)行改造，以滿足現(xiàn)在的工藝需求。

操作溫度：80～90℃；相對密度：0.813～1；黏度：1～5.98MPa·s。

新流量為原流量的16%～79%，新?lián)P程為原揚(yáng)程的10.5%～13%，流量從2023年開始＜30%額定流量，無法通過改造來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況，建議2019年到2022年可通過改造泵來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況，由于泵為臥式泵，泵級數(shù)由5級改為2級來平衡軸向力，葉輪切割20%，改造后泵的運(yùn)行流量為80%×221=176.8m3/h，泵的揚(yáng)程為659×2×0.8×0.8/5=168.7m，軸功率130kW，保留原電機(jī)，基本適應(yīng)運(yùn)行工況，2020年到2022年流量逐年減小，可通過打回流實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況。2023年開始＜30%額定流量，如果工藝實(shí)際需求流量還沒有改變，建議換新泵，新泵額定流量60m3/h，額定揚(yáng)程68m，電機(jī)功率37kW。

3 結(jié)束語

多級離心泵的改造首要的是保證泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在此前提下，有多種改造方案來實(shí)現(xiàn)新的工藝需求，需結(jié)合實(shí)際情況，取舍得當(dāng)，盡量讓泵在高效率下運(yùn)行，降低能耗。同時考慮改造的現(xiàn)場施工量，使施工量盡可能的小，這樣才是一個好的改造方案。

[1] 關(guān)醒凡，現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)[M].北京：中國宇航出版社，2011，（4）.

Analysis of Multi-stage Centrifugal Pump Reconstruction Scheme and Its Application in Engineering

Wang Guang-ming

Based on the “modern pump theory and design”，API610 petroleum，heavy chemical and natural gas industry with centrifugal pump standard and platform to transform the pump experience，from a number of angles through the minimum flow limit and cutting law theory of multi-stage centrifugal pump The program was analyzed，including demolition，for impeller，cutting impeller，playing back and changing the low speed motor.Combined with the project case，the multi-stage centrifugal pump in the application of the project carried out a detailed program demonstration.

multistage centrifugal pump；minimum continuous flow

TH311

A

1003–6490（2017）11–0268–01

2017–09–02

王光明（1984—），男，廣東深圳人，工程師，主要從事海洋石油鉆采平臺設(shè)計(jì)工作。