文/史鐵峰

改進(jìn)長(zhǎng)輸管線泵設(shè)備，提升泵效率——隨著成品油管道建設(shè)的推進(jìn)，汽柴油在成品后越來(lái)越多的通過(guò)管道輸送到各個(gè)省市，由于近些年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，成品油的需求量也逐年上升。原有站場(chǎng)的長(zhǎng)輸油泵的輸送量不能滿足管道增輸量的提升，而更換輸油泵存在周期長(zhǎng)、生產(chǎn)影響大、施工強(qiáng)度高以及存在安全風(fēng)險(xiǎn)增加等因素。因此在原輸油泵基礎(chǔ)上進(jìn)行改造提量并能滿足現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)功率余量要求內(nèi)使用，是最好的技術(shù)方案。挖掘現(xiàn)有泵設(shè)備的輸量潛力，提高泵效率，增加舊泵的利用率，降低設(shè)備采購(gòu)成本和施工風(fēng)險(xiǎn)，減少再投資，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，這也是本次改造工作的意義所在。

廣東湛江某中間站主要是向廣西北海地區(qū)供成品油，輸送介質(zhì)為柴油和汽油兩種。站內(nèi)的主輸泵為進(jìn)口的的水平中開兩級(jí)雙吸BB1結(jié)構(gòu)，型號(hào)為ZMIP375/02×2，額 定 流 量 為Q=780 m3/h，揚(yáng)程H=300 m，電機(jī)額定為800 kW。實(shí)際泵效率為76%，因廣西北海地區(qū)成品油的需求量增加，現(xiàn)欲將輸油量提升到900 m3/h，揚(yáng)程達(dá)到280 m即可。這就需要針對(duì)原泵的結(jié)構(gòu)和出廠技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)對(duì)葉輪的重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，將泵體內(nèi)的流道和通過(guò)面進(jìn)行加工和打磨，盡量與新設(shè)計(jì)的葉輪匹配，使泵的效率達(dá)到78%，從而可以使原管線不動(dòng)并利舊原底座和電動(dòng)機(jī)。

技術(shù)分析

要求。

●輸油泵按輸送密度較大的柴油來(lái)計(jì)算，密度為843 kg/m3，筆者查閱原泵廠的出廠試驗(yàn)曲線（圖1），原泵標(biāo)記的額定流量780 m3/h已經(jīng)在曲線的末端，如果不進(jìn)行泵的改造，強(qiáng)行將流量提高到900 m3/h，并使用800 kw的原電動(dòng)機(jī)，只能進(jìn)行切割葉輪降低揚(yáng)程來(lái)達(dá)到流量的提高。輸油站點(diǎn)為了提高輸送量，將泵葉輪切割到泵揚(yáng)程210 m時(shí)，泵運(yùn)行的軸功率低于輸入功率才能保證電機(jī)的安全運(yùn)行，而此時(shí)泵的效率只有55%。而210 m的揚(yáng)程也不能完全滿足長(zhǎng)輸油管線的出壓輸送要求，還需加注大量的減阻劑才能滿足

圖1 原泵出廠性能曲線

●通過(guò)計(jì)算，改造后在保證泵效率達(dá)到78%條件下，輸油泵的流量為900 m3/h，揚(yáng)程要達(dá)到280 m，按需要的技術(shù)參數(shù)重新設(shè)計(jì)匹配葉輪，為了能在原泵殼內(nèi)應(yīng)用，調(diào)整葉輪進(jìn)出口直徑及葉片數(shù)，調(diào)整葉片包角，適當(dāng)調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角，以達(dá)到提高效率的目的。另外，需要對(duì)泵體進(jìn)行性能匹配性整改，通過(guò)打磨盡量減小進(jìn)口處隔舌的阻礙，增加泵殼的喉部面積。對(duì)流道和進(jìn)出口進(jìn)行打磨，使流體的通過(guò)性更好。輸油泵的軸、軸承體、機(jī)械密封、底座及支撐機(jī)構(gòu)等保持原產(chǎn)品，不影響安裝條件。

增加輸油泵流量提高效率的要素

蝸殼喉部面積對(duì)泵性能的影響

理論上葉輪的出口面積與蝸殼的喉部面積之比是決定泵性能的重要因素，所謂喉部面積如圖2所示。同一葉輪在蝸殼喉部截面積不同的泵殼中運(yùn)行時(shí)，泵的理論揚(yáng)程曲線的形狀僅取決于葉輪，而與泵殼無(wú)關(guān)。但最佳流量范圍內(nèi)的實(shí)際揚(yáng)程卻主要取決于蝸殼中的水力損失，增大蝸殼喉部面積，當(dāng)流量增大時(shí)水力損失相對(duì)較小，可使泵的最高效率點(diǎn)偏向大流量，同時(shí)揚(yáng)程曲線趨于平坦。因此改變蝸殼的喉部面積可以改變揚(yáng)程曲線的形狀和最高效率點(diǎn)的位置。而且用改變喉都面積來(lái)改變泵的性能，要比用改變?nèi)~輪結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)改變泵的性能更敏感些。由于原泵隔舌比較厚，需要充分打磨隔舌，盡量減小隔舌厚度，盡可能的增加泵體第FⅧ截面的面積，從而減小泵在大流量時(shí)的阻力，提高泵在大流量時(shí)的效率。

泵進(jìn)口隔舌和通道過(guò)流的影響

圖2 喉部界面FⅧ及隔舌長(zhǎng)度變化位置

因泵的流量提高較多，已經(jīng)超過(guò)了原額定流量的115%，進(jìn)口隔舌已經(jīng)影響了大流量流體的通過(guò)，所以需盡量打磨隔舌，減少進(jìn)口隔舌阻礙（圖3）。我們將泵解體后發(fā)現(xiàn)，泵的入口通道和兩級(jí)葉輪間的通道也比較狹窄，對(duì)于900 m3/h的流量來(lái)說(shuō)，通過(guò)面積較小，也影響大流量泵的效率，所以對(duì)入口出的通道也需進(jìn)行打磨擴(kuò)大，以增加過(guò)流面積，從而達(dá)到改造設(shè)計(jì)的要求。

葉輪對(duì)泵性能的影響

1. 葉輪葉片數(shù)的確定

針對(duì)葉輪設(shè)計(jì)的一般情況，葉片數(shù)過(guò)少，葉道的相對(duì)長(zhǎng)度過(guò)小，并增大葉道的擴(kuò)散度，從而會(huì)在葉道中形成旋渦使泵效率下降。葉片數(shù)過(guò)多，會(huì)引起液流進(jìn)入葉輪時(shí)過(guò)度擠迫，增大擦面積從而使水力損失增加，效率下降。本次改造參考現(xiàn)有成熟產(chǎn)品及結(jié)合原葉輪的情況，并充分考慮原泵蝸殼的影響，選擇最終產(chǎn)品葉片數(shù)為6枚。

2.葉輪進(jìn)口及出口參數(shù)

利 用PCAD設(shè)計(jì)幾組泵體及葉輪水力模型。以計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS-CFX為平臺(tái)，利用N-S方程、RNG k-ε湍流模型以及采用全隱式算法，模擬不同模型泵內(nèi)部流場(chǎng)分布，計(jì)算出了不同模型的外特性。通過(guò)模型的比對(duì)設(shè)計(jì)葉輪。葉輪進(jìn)口系數(shù)選擇抗汽蝕性能好的值進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了減小大流量時(shí)在葉片進(jìn)出造成的沖擊。為了增大泵的高效運(yùn)行區(qū)間，葉片進(jìn)口沖角選較大值，出口寬度b2與喉部的面積比也靠上限。

3.新設(shè)計(jì)葉輪與原泵殼的匹配性

考慮到新葉輪要與原泵殼匹配，所以需調(diào)整葉片流線，葉輪蓋板與蝸殼的配合，取得合適的間隙，從而盡可能減少流量損失，提高泵在大流量處的效率。

圖3 泵殼隔舌照片

其他的改造細(xì)節(jié)

密封環(huán)材質(zhì)及間隙

因新設(shè)計(jì)的葉輪與原泵在口環(huán)位置有一定的配合差異，取消了原泵的口環(huán)，在葉輪口環(huán)出采用硬度高的材質(zhì)堆焊加工而成，抗咬合性能優(yōu)良。為了減小泵的容積損失，密封環(huán)間間隙及節(jié)流套間隙執(zhí)行API610標(biāo)準(zhǔn)。

流道的光潔度

圖4 新設(shè)計(jì)葉輪與泵體流道的匹配性流場(chǎng)分析

為了減小泵運(yùn)行時(shí)介質(zhì)與殼體之間的摩擦損失，提高泵的運(yùn)行效率，對(duì)泵殼所有流道進(jìn)行拋光處理，減少流體通過(guò)的阻礙，提高流體通過(guò)效率（圖4）。

改造效果

按照上述步驟對(duì)泵進(jìn)行改造后，在工廠進(jìn)行了一個(gè)全性能試驗(yàn)，該泵水試的性能基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，流量在900 m3/h時(shí),揚(yáng)程為274 M，泵效率為75%，換算成密度為843 kg/m3的柴油時(shí)，軸功率在755 kW，原電動(dòng)機(jī)有大于5%的余量，可以在安全的范圍使用，所以該泵的改造符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

2020年6月2日將改 造 后的泵返回使用現(xiàn)場(chǎng)，在輸油站點(diǎn)安裝后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該泵配備了一臺(tái)流量為900 m3/h，揚(yáng)程為55 m的前置泵，保證了輸油泵的裝置汽蝕余量完全滿足使用條件。經(jīng)過(guò)測(cè)試，當(dāng)輸油泵在900 m3/h時(shí)，揚(yáng)程滿足使用要求，泵效率達(dá)到76.5%，好于工廠測(cè)試，達(dá)到了輸油泵提量增效的目的。通過(guò)該泵的改造效應(yīng)，可以確定該站點(diǎn)的其他長(zhǎng)輸油泵都可以通過(guò)改造滿足輸油量提升的要求，節(jié)約了采購(gòu)新泵的資金，并且保留了原管路及其配套閥門等管線配套設(shè)備。節(jié)約設(shè)備更新的資金同時(shí)，因泵效率的提升，每年也能節(jié)約電力的消耗，取得了一定的社會(huì)效益。隨著地區(qū)用油量的攀升，很多輸油站點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)類似問(wèn)題，本次改造也是在長(zhǎng)輸管線上的一次成功范例，應(yīng)用前景可觀。 ●