利用壓力罐對(duì)離心泵流量進(jìn)行控制

趙 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

利用壓力罐對(duì)離心泵流量進(jìn)行控制

趙 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

離心泵常用的控制方式有兩種，即節(jié)流控制和變速控制。當(dāng)離心泵下游用戶全部為間歇用戶或即使有連續(xù)用戶但物料用量較少時(shí)，上述兩種方法均不再適用。以海上某石油平臺(tái)淡水泵的控制為例，通過(guò)在泵出口設(shè)置壓力罐，使下游用戶依靠壓力罐補(bǔ)給物料的方式，既節(jié)能又延長(zhǎng)泵的使用壽命。

離心泵；流量控制；壓力罐；密封氣

1 問(wèn)題的提出

通常，離心泵的控制方式主要有兩種，即節(jié)流控制和變頻控制[1-3]。節(jié)流調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)置在泵出口管線或回流管線上調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)整泵的供給量的控制方式，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變管路特性曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸量的調(diào)節(jié)控制[4，5]。變速調(diào)節(jié)是通過(guò)改變泵葉輪的轉(zhuǎn)速調(diào)整外輸流量的控制方式，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變泵的特性曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)控制。文獻(xiàn)也對(duì)兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較[6-10]。當(dāng)離心泵下游為間歇用戶或即使有連續(xù)用戶但物料用量較少時(shí)，應(yīng)用節(jié)流控制能耗較高，而且泵容易產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)或機(jī)械故障[11，12]，變速控制又不能滿足要求。

如在海洋某石油平臺(tái)淡水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，淡水用戶（見(jiàn)表1）。

表1 淡水用戶匯總

項(xiàng)目擬采用的離心泵流量為10 m3/h。如果考慮節(jié)流調(diào)節(jié)，則調(diào)節(jié)閥無(wú)論設(shè)在泵出口管線還是回流管線，當(dāng)下游用戶無(wú)用水量時(shí)，經(jīng)泵淡水將全部回流，泵實(shí)際為“空轉(zhuǎn)”，不僅消耗電能，而且影響泵的使用壽命。同時(shí)變頻也不適用于本工況調(diào)節(jié)。

2 壓力罐控制流程簡(jiǎn)述

項(xiàng)目中采用了在淡水泵出口設(shè)置壓力罐，由罐的操作壓力控制泵啟停的控制方式，具體方案（見(jiàn)圖1）。

圖1 淡水系統(tǒng)離心泵控制方式示意圖

本方案的具體控制過(guò)程及原理為：罐初次投用時(shí)，首先在壓力罐內(nèi)預(yù)充入一定量的氣體，然后啟動(dòng)泵向罐內(nèi)充水，隨著充水量的增加，罐內(nèi)氣體被壓縮，罐體操作壓力逐漸升高。當(dāng)操作壓力達(dá)到罐體設(shè)定值（OFF）時(shí)充水結(jié)束。下游用戶有用水需求時(shí)，首先由壓力水罐為用戶供水。隨著罐內(nèi)水位下降，罐體操作壓力逐漸降低，當(dāng)其值降到設(shè)定值（ON）時(shí)，壓力水泵再次啟動(dòng)。如果下游淡水用量與泵的額定流量相等，則由淡水泵直接為用戶供水；如果下游用量小于泵的額定流量，則泵除為下游用戶供水外，“多余”的淡水進(jìn)入壓力罐儲(chǔ)水，壓力水罐操作壓力再次達(dá)到設(shè)定值（OFF）時(shí)泵停止供水，這就是一次完整的“充水-用水”過(guò)程。

3 控制參數(shù)的設(shè)定

利用壓力罐的操作壓力對(duì)泵的啟停進(jìn)行控制時(shí)，密封氣的選擇、壓力罐操作壓力及充氣量的設(shè)置、罐容、泵的設(shè)備參數(shù)對(duì)生產(chǎn)操作的安全性、穩(wěn)定性、設(shè)備投資等有重要影響。

3.1 密封氣的選擇

利用壓力水罐對(duì)泵的啟停進(jìn)行控制不僅適用于淡水等非可燃液體，同時(shí)也適用于可燃液體。密封氣的選擇主要考慮泵輸介質(zhì)類型。當(dāng)輸送介質(zhì)為可燃液體時(shí)，為避免揮發(fā)氣體與密封氣混合后發(fā)生閃燃或爆炸，建議采用N2等惰性組分。另外，即使外輸介質(zhì)為水等不可燃性介質(zhì)，也要考慮非正常工況下下游可燃?xì)怏w是否有通過(guò)“串氣”到達(dá)壓力罐的可能性，如果有，密封氣也應(yīng)采用惰性氣。

3.2 壓力罐的操作壓力及充氣量

壓力罐的操作壓力信號(hào)除控制離心泵的啟停外，還影響壓力罐的有效容積，因此該值設(shè)定是否合理對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行效果及投資成本控制有一定影響。

一般而言，泵的啟動(dòng)信號(hào)（ON值）不應(yīng)低于下游用戶最低進(jìn)料壓力，停泵信號(hào)（OFF值）不應(yīng)高于下游用戶最高允許進(jìn)料壓力。同時(shí)也應(yīng)考慮ON～OFF的范圍，該壓力范圍越大，壓力罐罐容的有效利用率越高，反之越低。同時(shí)還要結(jié)合相關(guān)規(guī)范[13]提出的報(bào)警值需滿足操作人員反應(yīng)時(shí)間的要求。

3.3 罐容

壓力罐的罐容取的過(guò)大不僅占地大、而且浪費(fèi)設(shè)備投資，而罐容取的過(guò)小會(huì)造成離心泵頻繁啟停，對(duì)泵的使用壽命造成影響。文獻(xiàn)[14]建議將泵的啟停次數(shù)控制在不大于6次/小時(shí)。本文建議在充分考慮泵的啟停次數(shù)及下游用戶物料用量的基礎(chǔ)上確定罐容。

3.4 泵參數(shù)

泵的揚(yáng)程滿足壓力罐補(bǔ)充物料的需求即可。泵的流量選擇應(yīng)考慮下游用戶的具體需求確定。如果下游用戶均為間歇用戶，可以考慮最大物料用量用戶為泵的流量，如果下游有同時(shí)使用的間歇用戶且流量需求之和大于最大用戶，建議取同時(shí)使用的用戶用量作為泵的流量。

4 結(jié)論

本文以淡水泵控制方式為例，提出了利用壓力罐對(duì)離心泵進(jìn)行控制的方案。整個(gè)過(guò)程中，離心泵間歇運(yùn)行，避免了泵的“空轉(zhuǎn)”問(wèn)題，不僅達(dá)到了節(jié)能的目的，而且對(duì)延長(zhǎng)泵的使用壽命也不無(wú)裨益。

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Centrifugal pump＇s flow control by application of pressurized vessel

ZHAO Ming
（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）

Both throttling regulation and variable-frequency regulation were usually used in centrifugal pump＇s flow control.When the whole down streams of the centrifugal pump are intermittent users or the continuous users＇material consumption is not even more,the control schemes mentioned above shouldn＇t be adaptable any more.Taking fresh water pump＇s flow control method used in some offshore oil platform as an example,down stream users were supplied water by the pressurized vessel layout at the pump outlet,which method is not only energy conservation but also increasing pump＇s life span.

centrifugal pump；flow control；pressurized vessel；seal gas

TE964

A

1673-5285（2017）10-0077-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.019

2017－09-29

趙明，男（1977-），工程師，主要從事LNG、油氣田、煉油裝置設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)管理工作，郵箱：zhaoming1@mail.cooec.com.cn。