離心泵選型存在的一些誤區(qū)
更新時(shí)間：2023-05-06
購(gòu)買一臺(tái)品質(zhì)良好的設(shè)備并不能確保運(yùn)行。如果不是專門為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，那么好的設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)問題。每臺(tái)離心泵都具有特定的使用工況和運(yùn)行范圍，一旦偏離這些使用工況和運(yùn)行范圍，將會(huì)給泵(組)的安全、可靠運(yùn)行帶來(lái)隱患。
由于不少用戶/工程公司/設(shè)計(jì)院對(duì)離心泵的理論和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏非常全面的了解，以至于經(jīng)常做出一些不合適的要求和運(yùn)行，從而導(dǎo)致非最佳選型和不恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用將大幅度提高。
本文將結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)離心泵選型和應(yīng)用中存在的一些誤區(qū)進(jìn)行闡述和說(shuō)明，以避免廣大用戶出現(xiàn)產(chǎn)品選型和應(yīng)用不佳的情況。
1.1 效率越高越好
高效意味著能耗費(fèi)用低，這是每個(gè)最終用戶所期望的，也一直是每個(gè)離心泵制造商所追求的目標(biāo)之一。之所以稱之為“目標(biāo)之一”，是因?yàn)橐恍┨囟▓?chǎng)合用重要離心泵(例如超長(zhǎng)使用壽命的核電站重要用泵、火電廠高壓鍋爐給水泵以及石化行業(yè)的API泵等)，始終將長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行(即可靠性)放在第一位。
高效也意味著較小的(耐磨環(huán)、平衡機(jī)構(gòu)等)運(yùn)轉(zhuǎn)間隙、較細(xì)的泵軸、嚴(yán)格的公差配合以及不會(huì)干擾流體流動(dòng)的光滑過渡的流道等，這會(huì)造成用戶的維護(hù)時(shí)間和成本大幅度的提高。
但是很遺憾，不少買方/最終用戶/工程公司的決策人員卻簡(jiǎn)單地要求將“高效”應(yīng)用于所有場(chǎng)合的離心泵，強(qiáng)制執(zhí)行GB19762-2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》標(biāo)準(zhǔn)。更有甚者在很多項(xiàng)目招標(biāo)過程中，首先直接比較泵的效率或強(qiáng)制規(guī)定泵的效率值，效率低的制造商將被直接淘汰，既不科學(xué)也不合理。這是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的誤讀，也是標(biāo)準(zhǔn)條款不明晰和標(biāo)準(zhǔn)本身缺陷所造成的。其實(shí)，早在2001年歐盟委員會(huì)便出臺(tái)了“STUDY ON IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF PUMPS”，該報(bào)告認(rèn)識(shí)到：對(duì)泵效率的選擇是最大的挑戰(zhàn)，只能給予簡(jiǎn)單的指導(dǎo)。
泵的效率隨著轉(zhuǎn)速、葉輪形狀、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(如API標(biāo)準(zhǔn)要求大的耐磨環(huán)間隙)、介質(zhì)特性的不同而變化……
也就是說(shuō)，對(duì)于一些特定場(chǎng)合用泵，相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)并不適用。盡管在泵系統(tǒng)生命周期內(nèi)的能耗費(fèi)用超過維護(hù)費(fèi)，但具體操作人員往往極其關(guān)注的是泵系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。與節(jié)能相比，優(yōu)先考慮的是有效維護(hù)。
不同的公司對(duì)于不同用途的離心泵在設(shè)計(jì)理念上各不相同，有的注重可靠性，有的關(guān)注超長(zhǎng)的使用壽命。上世紀(jì)80年代，是中國(guó)火力發(fā)電大發(fā)展的時(shí)期，國(guó)外的電站泵生產(chǎn)廠家紛紛搶灘中國(guó)市場(chǎng)，絕大多數(shù)電站泵廠家的產(chǎn)品均以安全可靠性高而著稱，且經(jīng)用戶使用后發(fā)現(xiàn)其效率確實(shí)較同行略高一些，但卻存在一個(gè)非常致命的缺陷--頻繁斷軸，最終被踢出了中國(guó)電力市場(chǎng)。因此，離心泵并非效率越高越好，高效往往是以犧牲安全可靠性和壽命為代價(jià)。
1.2 泵的必需汽蝕余量越低越好
對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，泵的必須汽蝕余量NPSHR越低越好，這樣可以大大降低裝置高度(即裝置汽蝕余量NPSHA)，有效降低投資成本。
在大多數(shù)泵系統(tǒng)中，NPSHA趨于隨著流量的增加而減小，而NPSHR趨于隨著流量的增加而增加。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)考慮泵制造商的建議及其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，檢查并確認(rèn)在所有預(yù)期運(yùn)行的流量范圍之內(nèi)給出一個(gè)足夠的安全裕量。同時(shí)，在確定裝置汽蝕余量時(shí)，買方和賣方應(yīng)當(dāng)弄清楚最小連續(xù)穩(wěn)定流量與泵的吸入比轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，泵的最小連續(xù)穩(wěn)定流量隨著吸入比轉(zhuǎn)速的增加而增加……，選擇吸入比轉(zhuǎn)速的大小及NPSH安全裕量時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮現(xiàn)有的工業(yè)水平和制造廠經(jīng)驗(yàn)。
在相同的轉(zhuǎn)速和流量下，NPSHR越低，泵的吸入比轉(zhuǎn)速越高。與較低的吸入比轉(zhuǎn)速泵設(shè)計(jì)相比，較高的吸入比轉(zhuǎn)速泵更有可能遇到不良的振動(dòng)和噪音，同時(shí)，允許的運(yùn)行區(qū)間也變得較窄。
關(guān)于吸入比轉(zhuǎn)速對(duì)離心泵運(yùn)行可靠性的影響，國(guó)際同行具有非常豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并給出了吸入比轉(zhuǎn)速的最大限定值，可供泵選型時(shí)參考。其中，UOP 5-11-7規(guī)范[2]中規(guī)定的吸入比轉(zhuǎn)速的限定值在全球得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，其規(guī)定如下：泵的吸入比轉(zhuǎn)速不得高于13000(m3/h, rpm m);當(dāng)泵送介質(zhì)為水或水含量超過50%的溶液，并且泵的單級(jí)葉輪功率超過75 kW時(shí)，吸入比轉(zhuǎn)速不得高于11000 (m3/h, rpm, m)。隨著科技的發(fā)展，今天，在不加大葉輪進(jìn)口直徑的情況下，人們改善離心泵吸入性能的可選擇手段較多，吸入比轉(zhuǎn)速的限值也相應(yīng)提高。
1.3 泵的臨界轉(zhuǎn)速距離實(shí)際轉(zhuǎn)速越遠(yuǎn)越好
在實(shí)際工程招投標(biāo)過程中，工程公司/設(shè)計(jì)院/用戶為了防止泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)共振，希望一階橫向臨界轉(zhuǎn)速離泵額定轉(zhuǎn)速越遠(yuǎn)越好(如早期核電站常規(guī)島主給水泵招標(biāo)文件中要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)高于其額定工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的125%”，幾年后要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)高于其額定工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的135%”，然而最近的一次卻要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)高于其額定工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的150%”)，同時(shí)，要求滿足現(xiàn)行能效標(biāo)準(zhǔn)。
從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，泵的臨界轉(zhuǎn)速可以設(shè)計(jì)得距離實(shí)際轉(zhuǎn)速很遠(yuǎn)。但是，卻忽略了臨界轉(zhuǎn)速對(duì)泵性能的影響(與泵的能效要求相矛盾)。在同等條件下，臨界轉(zhuǎn)速越高，軸系越粗，意味著泵的效率越低。為此，應(yīng)根據(jù)不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉(zhuǎn)速與泵的額定轉(zhuǎn)速之間的差值。
1.4 離心泵可以處理氣液兩相流
離心泵的溶氣運(yùn)行是十分復(fù)雜的氣液兩相流流動(dòng)，國(guó)內(nèi)外同行對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。在對(duì)離心泵葉輪進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)(例如葉輪后蓋板為半開式，并在后蓋板葉輪流道上接近葉輪入口處開設(shè)回流孔)的情況下，含氣量達(dá)到10%(體積含量)時(shí)，離心泵仍能持久穩(wěn)定工作;而對(duì)于普通離心泵，可以處理夾帶少量氣體(1%至2%體積含量)的液體。
液體中夾帶少量氣體可以緩沖汽蝕汽泡坍塌所產(chǎn)生的沖擊力，并可以減少由此產(chǎn)生的不良噪音、振動(dòng)和侵蝕損壞。但是，當(dāng)氣體含量達(dá)到6%時(shí)，普通離心泵就可能會(huì)產(chǎn)生汽蝕、氣阻等現(xiàn)象，并導(dǎo)致性能(流量、揚(yáng)程及效率)的急劇下降。
總 結(jié)
并非泵的效率越高越好。高效通常以犧牲運(yùn)行可靠性為代價(jià)。泵的必需汽蝕余量并非越低越好。一方面受現(xiàn)有工業(yè)設(shè)計(jì)和制造水平的限制;另一方面會(huì)導(dǎo)致吸入比轉(zhuǎn)速偏高，泵允許的運(yùn)行區(qū)間變窄。
應(yīng)根據(jù)不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉(zhuǎn)速與泵的額定轉(zhuǎn)速之間的比值。普通離心泵可以處理少量夾帶氣體的液體。嚴(yán)禁泵在最小連續(xù)穩(wěn)定流量以下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。通常，禁止泵在出口閥門全開的情況下啟泵。
原則上，填料密封結(jié)構(gòu)不能直接用于機(jī)械密封。應(yīng)避免泵出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。工業(yè)凈水不適用于高溫泵冷卻夾套的冷卻。
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