馬爾代夫柴油機(jī)電廠雙螺桿卸油泵吸入系統(tǒng)分析和處理

彭震

（東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司，四川成都 611731）

0.引言

螺桿泵屬于螺桿式容積泵，在輸送介質(zhì)時(shí)，運(yùn)動部件無接觸，可輸送含氣體的液體，甚至短期干運(yùn)行也不至于損壞泵體[1]。因其結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的自吸能力，高效節(jié)能，輸送能力強(qiáng)，密封性良好，輸送流體無攪動，使用壽命長，較低的運(yùn)營和維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)[2]，廣泛應(yīng)用于電力和化工輸送領(lǐng)域，尤其在輸送粘度較大的流體或混相流體輸送中的應(yīng)用越來越普遍[3-4]。2017年東方電氣集團(tuán)國際合作有限公司總承包建設(shè)的馬爾代夫柴油機(jī)電站項(xiàng)目，燃用運(yùn)動粘度為3.854cst（40℃），密度為0.8324g/ml（35℃）的輕質(zhì)柴油發(fā)電。項(xiàng)目建于胡魯馬累海島之上，業(yè)主采用油船送油，油船卸油管道與泵站卸油管道連接，通過泵站卸油泵從船上卸油至電廠高度為12m的儲油罐中。設(shè)計(jì)方通過項(xiàng)目前期的現(xiàn)場調(diào)研和資料收集，綜合分析項(xiàng)目特點(diǎn)后選用2臺（1用1備）臥式雙螺桿卸油泵完成從油船卸油送到電廠儲油罐的輸送工作。項(xiàng)目采購使用的螺桿泵參數(shù)見表1。

表1 雙螺桿泵參數(shù)表

卸油泵站設(shè)備及管路布置如圖1，泵站入口段管路及附件配置如表2。

圖1 卸油泵站管路布置圖

表2 泵站入口段管路及附件配置表

卸油泵房外墻設(shè)置懸臂吊用于起吊固定鋼管路連接的波紋金屬軟管，通過旋轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)泵站側(cè)卸油管路的方向調(diào)整及與油船管路對接。螺桿泵入口管道中心的安裝高度為3.327m（以平均海平面為0m基準(zhǔn)標(biāo)高，以下標(biāo)高數(shù)據(jù)采用相同基準(zhǔn)），最高吸入管路（φ159×4.5）中心高度（標(biāo)高）為5.0m。設(shè)計(jì)階段入口管路阻力損失按0.6m估算，初步核算入口管道阻力和啟動運(yùn)行管路最點(diǎn)高程合計(jì)5.6m，小于7m油泵吸程，滿足油泵正常運(yùn)行條件。

2.問題描述及分析

施工單位按設(shè)計(jì)圖紙完成泵站設(shè)備及管路安裝后，首次灌泵啟動調(diào)試運(yùn)行2號卸油泵時(shí)，出現(xiàn)較大噪音和振動，泵卡澀，泵出口無流量輸出的現(xiàn)象。為避免損壞油泵，調(diào)試人員立即停泵，逐項(xiàng)分析檢查故障原因，排查電機(jī)轉(zhuǎn)向和電流均正常，管路閥門位置正常，未出現(xiàn)電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象等異常情況。油泵廠家服務(wù)人員核查了該泵制造參數(shù)和相關(guān)出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)不符合項(xiàng)，并在現(xiàn)場對2號螺桿泵進(jìn)行解體檢查，也未發(fā)現(xiàn)泵損壞和其他雜物卡泵等異常情況。設(shè)計(jì)院對管路水頭，阻力損失等進(jìn)行了逐項(xiàng)初步對比和分析。從油泵到儲油罐的全部卸油管路長度220m，高度差為20m，核算總阻力損失為0.4MPa，按0.5MPa設(shè)計(jì)阻力，并選用0.6MPa壓頭滿足要求，判定泵出口管路阻力在設(shè)計(jì)泵壓頭范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)院在排除泵出口管路問題后，結(jié)合現(xiàn)場油船卸油的實(shí)際情況重點(diǎn)分析了泵入口管路，主要發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)與最初設(shè)計(jì)出入較大的不利條件[6]，可能會影響螺桿泵的吸入狀況。

（1）現(xiàn)場卸油船的實(shí)際是油船上自帶2根各約25m長的固定管路及連接軟管（DN80），通過快速接頭連接匯流三通至卸油泵站DN150管路，這部分卸油船自帶連接管路的阻力在原設(shè)計(jì)中考慮不足，考慮其管徑較小，長度較大，無法更改且必須通過此管路從油船油艙卸油，其并聯(lián)運(yùn)行管路阻力需重新核算并增加至泵入口管路系統(tǒng)阻力計(jì)算中。

（2）從現(xiàn)場實(shí)際來看，油泵入口段管路走向和布置不盡合理，采用較多的拐彎和彎頭、閥門等附件，且泵站外墻側(cè)管路1.67m向上提升高度增加了油泵吸入高程和阻力，不利于油泵吸油。

（3）官方渠道獲取現(xiàn)場每天海平面因受漲潮落潮引起的海平面高度差近0.7m（平均高潮位0.34m，平均低潮位-0.36m），油船受此引起的海平面高差影響，以最不利設(shè)計(jì)原則，需考慮-0.36m的低潮位時(shí)保證油船正常卸油，所以泵吸程高度需增加0.36m裕度。

（4）現(xiàn)場配置10m的波紋金屬軟管偏長，超出其有效使用長度，現(xiàn)場懸臂吊操作易發(fā)生彎曲、折疊和破損，一定程度增加管路阻力并造成吸入空氣的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)上述分析和現(xiàn)場卸油系統(tǒng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)院重新核算了油泵吸入管路系統(tǒng)阻力損失如表3、表4。

表3 泵站段管路水力計(jì)算表

表4 油船自帶管路水力計(jì)算表

通過以上理論核算，油泵入口總管路損失為0.49+0.64+1.23=2.36m，加上初次運(yùn)行需克服管路最高點(diǎn)高差5.0m，合計(jì)吸程至少需7.36m。若考慮每天海平面受落潮影響的最不利情況下-0.36m低潮位，綜合考慮極端情況下泵吸程阻力和吸上高度之和達(dá)7.72m（0.49+0.64+1.23+5+0.36=7.72m），已經(jīng)遠(yuǎn)超過此螺桿泵的7m吸程，所以的確存在因吸入阻力偏大，吸入總阻力和吸入高差之和大于油泵吸程及允許吸上真空度，造成油泵嚴(yán)重汽蝕和吸不上油的問題存在[8-9]。

3.解決措施及優(yōu)化處理

計(jì)算分析得出上述論斷后，為保證項(xiàng)目進(jìn)度和控制成本，在使用已采購螺桿泵并保證現(xiàn)場原設(shè)計(jì)管路盡可能小的改動基礎(chǔ)上，用最優(yōu)方案減少泵入口阻力損失和吸入高差，以解決油泵吸油問題，設(shè)計(jì)方，泵廠家和施工單位多方商討后，綜合提出如下幾點(diǎn)優(yōu)化處理措施，并由安裝單位實(shí)施完成相應(yīng)的細(xì)化整改工作。

（1）協(xié)調(diào)業(yè)主盡量避開低潮位時(shí)刻從油船卸油，避免增加0.36m低潮位吸入壓頭。

（2）截取降低螺桿泵入口最高點(diǎn)管路高度，將原來泵站外墻1.67m的垂直段高度縮減為0.77m，管路降低0.9m高程至4.1m標(biāo)高，直接降低了0.9m最高點(diǎn)油泵啟動吸程高差和管路阻力，使得入口阻力和最高吸上高度合計(jì)為6.46m（不計(jì)0.36m低潮位，若計(jì)0.36m低潮位則合計(jì)為6.82m），均保證小于7m的油泵吸上高度（吸程）。

（3）仔細(xì)檢查波紋金屬軟管氣密性，發(fā)現(xiàn)靠近接口處因折疊有破損和漏氣現(xiàn)象?，F(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況，截取漏氣段波紋金屬管并將原設(shè)10m長度縮減為5m，進(jìn)一步減少入口管路阻力并避免入口管道吸入空氣，防止降低吸程和產(chǎn)生汽蝕等。

（4）油泵泵撬底板與基礎(chǔ)之間空隙采用二次灌漿填實(shí)，以增加油泵基礎(chǔ)的穩(wěn)固性，減少降低泵體振動。

（5）根據(jù)油泵啟動運(yùn)行情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)和控制泵流量和壓力，靈活監(jiān)控運(yùn)行油泵，達(dá)到更佳運(yùn)行狀態(tài)。

在完成以上整改措施并回裝2號螺桿泵后，調(diào)試單位再次啟動試運(yùn)行此卸油泵，調(diào)節(jié)泵流量和壓力監(jiān)測運(yùn)行，油泵振動和噪音異常消除，泵卡澀和不出油問題得到解決，油泵運(yùn)行正常。

4.結(jié)論及啟示

本文通過實(shí)際工程中對雙螺桿泵吸入系統(tǒng)分析和計(jì)算，得出泵吸入高程和阻力之和超過泵允許吸上高度（吸程）的結(jié)論，在現(xiàn)場實(shí)施合理有效的整改措施和處理方案后，該泵達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)。作者匯總得出以下幾點(diǎn)啟示和感悟，希望能引起讀者重視，避免在類似工程出現(xiàn)相似問題。

（1）保證泵吸上條件，是泵正常工作的重要條件，否則就會發(fā)生汽蝕，引起振動，噪音，卡泵及無流量輸出等問題。

（2）盡可能保證泵入口及出口管路的平順，簡潔布置，盡量減少拐彎和阻力損失，降低吸入管路吸上高差和泵的安裝高度，有利于泵的正常和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如本項(xiàng)目泵房外被降低的0.9m抬升管段對泵運(yùn)行是不利的，初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮相應(yīng)修改。

（3）現(xiàn)場情況的實(shí)地踏勘對設(shè)計(jì)輸入有著非常關(guān)鍵的作用，尤其是與外界接口的詳細(xì)參數(shù)和真實(shí)情況，將對接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著決定性作用。設(shè)計(jì)方需對項(xiàng)目設(shè)計(jì)做正確和充分的校核計(jì)算，而不能照搬設(shè)計(jì)或疏忽遺漏。對本項(xiàng)目而言，原設(shè)計(jì)未充分考慮的油船管路阻力損失和泵站管路損失超出預(yù)估值，是泵吸上阻力超泵吸程的主要原因。

（4）現(xiàn)場最不利因素的確認(rèn)，比如本項(xiàng)目漲潮落潮海平面的高差，會在某種情況下影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行?？紤]最不利因素下的系統(tǒng)正常運(yùn)行是設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，會對工程項(xiàng)目產(chǎn)生重大影響，而這方面的因素往往容易被忽略。