王光明

（海洋石油工程股份有限公司，廣東深圳 518067)

多級(jí)離心泵改造方案分析及其在工程中的應(yīng)用

王光明

（海洋石油工程股份有限公司，廣東深圳 518067)

根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》、API610石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵標(biāo)準(zhǔn)及平臺(tái)改造泵的經(jīng)驗(yàn)，從多個(gè)角度通過(guò)最小流量的限制和切割定律理論對(duì)多級(jí)離心泵的改造方案進(jìn)行了分析，包括拆級(jí)、換葉輪、切割葉輪、打回流及換低轉(zhuǎn)速電機(jī)。并結(jié)合工程案例，對(duì)多級(jí)離心泵改造在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)方案論證。

多級(jí)離心泵；最小連續(xù)流量；切割定律

1 多級(jí)離心泵改造方案分析

1.1 揚(yáng)程適應(yīng)性改造

根據(jù)實(shí)際情況，在配產(chǎn)減小的情況下，海油平臺(tái)外輸泵揚(yáng)程均比額定揚(yáng)程小，在流量沒(méi)有變化或者變化較小的情況下，可通過(guò)減少級(jí)數(shù)來(lái)減小揚(yáng)程。根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》，級(jí)數(shù)與揚(yáng)程成等比關(guān)系，即每減小一級(jí)，揚(yáng)程按剩下的級(jí)數(shù)占總級(jí)數(shù)的比例等比減小，公式可表示為N1/N2=H1/H2，式中N1為原級(jí)數(shù)，H1為原揚(yáng)程，N2為拆級(jí)后剩下的級(jí)數(shù)，H2為拆級(jí)后的揚(yáng)程。特殊情況下，如果工藝需求揚(yáng)程太小，級(jí)數(shù)減到單級(jí)也無(wú)法滿足要求，可通過(guò)調(diào)整下游調(diào)壓閥實(shí)現(xiàn)減壓。拆級(jí)后，離心泵內(nèi)多出的空間可以用節(jié)流筒來(lái)填補(bǔ)，以減少流道損失。

1.2 流量適應(yīng)性改造

多級(jí)離心泵流量逐年變化是最大的，其流量適應(yīng)性改造也是最難的。對(duì)于泵本身，根據(jù)泵的性能曲線，其流量越小，揚(yáng)程越大；而對(duì)于工藝輸送需求而言，流量越小，要求的輸送揚(yáng)程也越小。這就是矛盾所在。流量的適應(yīng)性改造可以從兩方面來(lái)考慮，一是考慮切割葉輪直徑，二是考慮打回流，也可以同時(shí)考慮兩種方式來(lái)改造泵。

根據(jù)改造原則，為保證泵安全穩(wěn)定運(yùn)行，如果工藝需求運(yùn)行流量＜40%的額定流量，即小于最小連續(xù)流量，一方面可以通過(guò)切割葉輪直徑的方式來(lái)進(jìn)行改造。理論上按最大可切割葉輪直徑為20%，實(shí)際切割過(guò)程中，按經(jīng)驗(yàn)考慮，可切割到30%。根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》里的切割定律，葉輪直徑與流量成正比，與揚(yáng)程的平方成正比，即D1/D2=Q1/Q2，D1/D2=（H1/H2）2。葉輪直徑切割后，泵的最小連續(xù)流量為70%×40%=28%的額定流量，如果泵的工藝需求運(yùn)行流量＜28%的額定流量，就必須換新泵。

另外一方面可以通過(guò)打回流來(lái)滿足工藝需求運(yùn)行流量，理論上工藝需求運(yùn)行流量≥20%的額定流量時(shí)打回流，回流量按20%額定流量考慮，保證回流后泵的運(yùn)行流量≥ 最小連續(xù)流量，泵均可正常運(yùn)行，實(shí)際情況下，考慮到回流不節(jié)能，回流升溫等問(wèn)題，建議工藝需求運(yùn)行流量＜30%的額定流量時(shí)就不能回流。

綜上，當(dāng)泵的工藝需求運(yùn)行流量在40%～120%的額定流量時(shí)，可以不用對(duì)泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造；當(dāng)泵的工藝需求運(yùn)行流量在30%～40%的額定流量時(shí)，可以對(duì)泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造；當(dāng)工藝需求運(yùn)行流量＜30%的額定流量，考慮到小流量對(duì)泵的振動(dòng)、噪音及壽命的影響，無(wú)法通過(guò)改造來(lái)滿足工藝需求，必須更改新泵。根據(jù)API610的標(biāo)準(zhǔn)，泵的優(yōu)先工作區(qū)在70%～110%的額定流量，因此建議工藝需求流量在40%～70%額定流量時(shí)，也對(duì)泵進(jìn)行流量的適應(yīng)性改造。

1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)泵的影響

根據(jù)《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》，電機(jī)轉(zhuǎn)速與流量成正比，與揚(yáng)程的平方成正比，即n1/n2=Q1/Q2，n1/n2=（H1/H2）2。因此可以通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的改造。如果原泵本身的電機(jī)就是變頻電機(jī)，則泵的適應(yīng)性就比較強(qiáng)，只要在變頻的性能曲線范圍內(nèi)，流量和揚(yáng)程均能實(shí)現(xiàn)。如果不是變頻電機(jī)，可考慮更換電機(jī)。由于配產(chǎn)減少帶來(lái)的是泵的工藝需求流量和揚(yáng)程均減小，如果繼續(xù)使用原電機(jī)，則存在大馬拉小車(chē)的情況，泵效率較低，更換成小功率的電機(jī)則可以減少能耗。如果原電機(jī)本身是大轉(zhuǎn)速電機(jī)，則可以更換為小轉(zhuǎn)速的電機(jī)。

2 工程案例應(yīng)用

某海油平臺(tái)原有3臺(tái)5級(jí)臥式離心泵，原單臺(tái)泵的額定流量為221m3/h，額定入口壓力為520kPa，額定出口壓力為5 722kPa，相對(duì)密度為0.813～1，現(xiàn)需將其中的2臺(tái)泵進(jìn)行改造，以滿足現(xiàn)在的工藝需求。

操作溫度：80～90℃；相對(duì)密度：0.813～1；黏度：1～5.98MPa·s。

新流量為原流量的16%～79%，新?lián)P程為原揚(yáng)程的10.5%～13%，流量從2023年開(kāi)始＜30%額定流量，無(wú)法通過(guò)改造來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況，建議2019年到2022年可通過(guò)改造泵來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況，由于泵為臥式泵，泵級(jí)數(shù)由5級(jí)改為2級(jí)來(lái)平衡軸向力，葉輪切割20%，改造后泵的運(yùn)行流量為80%×221=176.8m3/h，泵的揚(yáng)程為659×2×0.8×0.8/5=168.7m，軸功率130kW，保留原電機(jī)，基本適應(yīng)運(yùn)行工況，2020年到2022年流量逐年減小，可通過(guò)打回流實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況。2023年開(kāi)始＜30%額定流量，如果工藝實(shí)際需求流量還沒(méi)有改變，建議換新泵，新泵額定流量60m3/h，額定揚(yáng)程68m，電機(jī)功率37kW。

3 結(jié)束語(yǔ)

多級(jí)離心泵的改造首要的是保證泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在此前提下，有多種改造方案來(lái)實(shí)現(xiàn)新的工藝需求，需結(jié)合實(shí)際情況，取舍得當(dāng)，盡量讓泵在高效率下運(yùn)行，降低能耗。同時(shí)考慮改造的現(xiàn)場(chǎng)施工量，使施工量盡可能的小，這樣才是一個(gè)好的改造方案。

[1] 關(guān)醒凡，現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)宇航出版社，2011，（4）.

Analysis of Multi-stage Centrifugal Pump Reconstruction Scheme and Its Application in Engineering

Wang Guang-ming

Based on the “modern pump theory and design”，API610 petroleum，heavy chemical and natural gas industry with centrifugal pump standard and platform to transform the pump experience，from a number of angles through the minimum flow limit and cutting law theory of multi-stage centrifugal pump The program was analyzed，including demolition，for impeller，cutting impeller，playing back and changing the low speed motor.Combined with the project case，the multi-stage centrifugal pump in the application of the project carried out a detailed program demonstration.

multistage centrifugal pump；minimum continuous flow

TH311

A

1003–6490（2017）11–0268–01

2017–09–02

王光明（1984—），男，廣東深圳人，工程師，主要從事海洋石油鉆采平臺(tái)設(shè)計(jì)工作。