离心泵在低流量高扬程工况中的应用

离心泵在低流量高扬程工况中的应用

贾石

赢创新安(镇江)硅材料有限公司   江苏省镇江市   212000

摘 要：在石化加氢生产过程中，注水泵是一种普遍存在的小流量、高扬程现象，本文介绍了一种采用旋壳泵、高速泵和多级泵对其进行两次改进的方法。在此基础上，重点对这3种泵在小流量、高扬程条件下的工作原理、工作特性作了详细说明，并对其在实际中的应用作了对比，对有关的工程方案选择及野外施工具有一定的指导意义。

关键词：离心泵；低流量；高扬程

引 言

以其所具有的结构特征为基础，可以将其划分为多种类型，例如，以工作叶轮的数目为基础，可以将其划分为单级泵与多级泵，以泵轴的位置为基础，还可以将其划分为立式泵与卧式泵等。注水机作为一种典型的高扬程、小流量的离心式抽水机泵，在工业生产中占有举足轻重的地位。

一、离心泵的种类与特点

（一）高速离心泵

在工程中，采用的是一种完全敞开的叶轮，其上的叶片是一种直立的、辐射状的叶片，在极限运行工况下，高速离心泵产生了一个显著的高扬程段，其单级段扬程值比较大（可达到近900米），在其比值小于80 r/min的工况下，可以充分利用该设备的工作特性，且无口环，不存在扣环磨耗引起的总体工作效率下降等问题。但应指出，转速越高的离心式水泵，其噪声越大。

（二）多级离心泵

在使用多级离心泵的时候，介质组成可以从叶片转轴的入口进入，然后依靠叶片的高速转动获得充足的离心力，在高压的影响下，从泄压口排出。多级离心机是一种由多台具有同样作用的水泵组成的串联结构，其实质是为了实现对水泵的高效升压。多级离心泵有着非常完善的应用体系和相关技术标准，在实践中可以安全稳定地运行，而且相对于其它类型的泵，它对介质的特殊需求更小。此外，由于该多级离心泵没有设置平衡系统，因此在使用的时候，不会产生盘盘摩擦损失和平衡回流损失，从根源上解决了由于平衡系统而造成的平衡盘底部磨损和转子咬死等问题，与其他的泵比较，它的工作效率可以高出大约10%，大大地提升了使用寿命。

二、离心泵的日常使用维护要点

（一）离心泵的日常使用操作要点

对机器操作者来说，在整个运行和运行的过程中，都要对其运行的关键环节进行精确地掌握。在对离心泵进行操作和使用的过程中，应该对其进行适当的控制，以避免因为过度的机械操作强度而导致的离心泵的机械本体结构的损坏，提高对离心泵的机械系统的保护工作的强度。

（二）离心泵的维护工作要点

离心泵的传动系由大量的传动支承组成，其传动支承必须经常进行润滑和保养，不然将导致其加速磨损和腐蚀。由于离心泵所运输的石化流体具有很高的酸度，因此其工作所需的太空环境具有很高地对流体的侵蚀能力。另外，对于出现腐蚀现象的泵体机械零件，离心泵的操作维护工作要注意进行替换。对已经丧失了工作和工作能力的水泵本体中的机械零件，应及时进行替换，以避免水泵出现机械失效。企业技术人员应该将具有网络智能功能的自动监测和控制装置，设置在机械基础设备的对应部分，以实现对机械基础设施的实时监控[1]。企业技术人员若发现离心泵装置设备发生了异常，应及时寻找导致其发生异常的诱因，并进行相应的处理，企业技术人员应该对离心泵设施进行全面的日常维护监督，对其进行必要的润滑，并定期更换有安全性能风险的离心泵组成部件。通过对离心泵起动模式的优化，可以有效地减少机组的启动和停机费用，提高机组的正常启动和停机效率。离心泵的运行和控制人员应该对离心泵设备的润滑油装置、循环水装置和泵体底板等进行彻底地检查，保证轴封位置的真空状况符合要求，对现行的离心泵的起停控制方式进行整体的优化。

三、旋壳泵概述

由于它的工作机理和总体结构都很特殊，通常用于小流量的情况下，旋壳泵是一种在小流量、高扬程条件下运行的较为理想的水力机械，它具有结构比较简单、尺寸比较小、维护方便、投资少、寿命长等优点。然而，该系统也有其自身的不足之处，其运行时必须保证所输送的介质的洁净程度，进口处的压力必须保持在25巴（2.5 MPa）之下，扬程超过10000米时，极易发生皮托管的振动，并且不能高效地将相对于较低的、易气化的和含气的介质进行输送。

（一）不同泵的性能曲线分析对比

在小流速范围内，旋转壳式水泵总体特性曲线的变动较为平稳，总体特性曲线的变动表现为不断升高的态势，实现了在较小的控制流量下，旋转壳式泵站的平稳运转。高速离心泵的叶轮是根据其工作条件而特别规定的，在使用过程中，其可操作的范围比较窄，而且其特性曲线的幅值也比较大，在标称点到关死点的这段时间里，很可能会出现一个驼峰，如果流量超过了标称值，那么高速离心泵的运行效率和扬程都会大幅度降低[2]。多级离心泵的总体曲线比较平稳，具有比较高的可操作性，可以在比较大的范围之内高效的工作，确保了运行的效率。但因其受限于最小流速限制，在低流速工况下运行时必须采用逆流运行，造成运行效率的显著降低。

（二）工况分析对比

在首次对反映注水泵进行改造施工时，新增了高速离心泵，并且与旋壳泵并联运转，尽管其额定流量不变，但高速离心泵的总体曲线变化幅度比较陡峭，在流量减小的时候，高速离心泵的扬程上升变化的速率会高于旋壳泵，最高扬程会超过旋壳泵的关死点，造成旋壳泵的出口憋压问题，旋壳泵的流量会迅速下降到最低流量范围，造成旋壳泵的振动故障，而且振动幅度比较大。转壳泵在出口总流量〈30m3/h时，会出现憋压振动现象，可以看出，在进行了一次改造扩建后，反映注水泵系统的稳定范围在30~40m3/h，保证整个系统可以平稳运行的流量为36.3m3/h，注水泵可以在此区间安全、稳定地运行。这种并行操作体系的失稳幅度为20-30立方米/小时，需采用旁路控制体系加以调整。在每小时的出水量小于20立方米的情况下，可以关闭离心泵，仅用旋转壳式离心泵进行工作

[3]。在二次扩建工程中，用多层离心泵取代了原来的2套旋转泵，并与一套高转速的离心泵并行工作。经过比较分析可知，在第二次改造之后，并连接系的稳定运转范围为35~53m3/h，保证工艺可以正常工作的流量值为48m3/h，在该区间内，注水泵系系可以稳定高效地工作。在0-35m3/h之间，本系统将会处于不稳定的工作状态，在进行高速离心泵和多级离心泵的工作时，必须要增加一个旁通系统，以避免离心泵进入到最低流量的区域，并将其连接起来，使其总体运转效率降低。

（三）不同离心泵的性能对比

在流量为0~30m3/h，扬程〈1400 m时，旋壳泵具有较好的使用性，尤其是在0~8m3/h、扬程〈800 m时，旋转壳泵的运行效率非常明显，而在800—1400米之间，则主要采用进口方式。在每小时10-70立方米，扬程大于1400米的情况下，高转速的离心泵可以给整个体系带来较大的提升，其最高提升可达2100米。但应指出，在工业生产中，超过一千四百米水头的情况并不多见。在30-110m3/h，扬程〈1400 m的条件下，多级离心泵运行效果较好，可提高整体运行效率，达到平稳运行。然而，由于其投资巨大，因而成为制约其发展的瓶颈，当扬程大于14000米时，就必须采用多级离心泵增设传动装置来提升速度，或采用油站方式来提升速度，加大了整个系统的投资。在以后的维护和维护过程中，由于该系统的易损部件和润滑系统等，使得该系统的使用变得更加困难，使该系统的使用变得更加困难。

（四）离心泵的并联操作

将各种类型和型号的离心泵并联运转，在使用过程中存在着一个不稳定的工作区间，当一个扬程比较小的水泵在这一区间内工作时，将会发生一些振动故障。所以，必须对各种类型的离心泵的特性参数变化规律和特性有一个全面的认识，才能保证在该并联系统的工作平稳运行。

结束语

综上所述，旋壳泵、高速离心泵和多级离心泵等设备，它们都可以被广泛地用于低流量高扬程的条件下，我们将会对不同类型的泵在现实条件下的具体使用情况和性能参数变化展开研究，探究在不同流量、不同扬程时，各个离心泵的具体表现，进而确定离心泵的有效操作范围，以此来协助农田灌溉企业在现实的生产工作中，对离心泵的种类进行合理的选择，进而提升其工作的运行品质和生产效果。

参考文献

[1]王亚飞,刘伟,赵亮,张红涛.离心泵综合性能的提高[J].液压气动与密封,2023,43(01):99-102.

[2]郑欣.离心泵在低流量高扬程工况中的应用[J].现代工业经济和信息化,2022,12(12):255-256+259.

[3]蔡玲,毕克刚,郭宝金,张俊,钱伟.离心泵叶轮多工况节能运行状态监测方法[J].能源与环保,2022,44(12):262-267.