泵系统的最小流量调节
李卫晨子 位世荣
摘 要：在炼油和化工行业中，泵应用十分广泛。为获得较高的运行效率，机泵最好能在优先工作范围内工作。若流量太小，易造成泵内产生过高温升以及较大的震动而使泵损坏。常用的解決方法是从泵出口管线上引旁路线，对泵的流量进行调节。本文就常用的最小流量线设置进行介绍。
关键词：泵;最小流量;设计
0 前言
在石油化工装置中，机泵是重要设备之一，为流体提供足够的压力以满足生产需要。泵系统包括泵、用于输送流体的进出管线、用于控制流量的调节阀以及换热器、罐等系统用户等。随着炼油和化工装置规模的不断扩大，机泵所需要的流量和扬程也不断增加。
影响机泵运行的参数主要有转速、扬程、流量和效率等。当流量发生变化，其他参数也发生相应的变化，但在设计工况下运行效率最高。如果实际工作点偏出优先工作范围，落在极限工作范围和优先工作范围之间，虽然也能够运行，但效率会下降较快。由于泵在小流量运行时很不稳定，可能产生汽化，尤其是对于输送热流体的泵，极易产生汽蚀，危及整个系统的安全运行。
1 最小流量
通常泵的最小流量由机泵制造厂家提供。若无法提供时，一般取泵的最小稳定连续流量和最小稳定热控流量中的较大值。其中最小稳定连续流量，主要是从泵振动方面考虑的，通常是通过大量试验确定下来的。有一些产品没有大量的试验依据，一般情况下可取最高效率点流量的25%～30%做为最小稳定流量。最小稳定热控流量是依据泵操作工况（包括介质特性、操作温度、进口压力等），计算出介质在泵内不汽化的最小流量。
最小流量工况一般出现于以下几种情况：
①泵排出线调节阀受上游设备液位所控制，生产中由于某些干扰，造成液位下降，导致调节阀关小甚至完全关闭，机泵会出现最小流量甚至零流量工况;②因生产调度需要，部分工段无法直接停工而不得不处于低负荷运转，这时相关的机泵处于低流量甚至最小流量工况;③受实际操作影响。如某台流程泵正常工作时流量较大，但在开停工期间仅需较小的流量而导致出现最小流量工况。
2 流量控制作用及方法
2.1 流量控制作用
①离心泵在低流量下运转，泵内会出现流体脱离现象，易使泵产生振动和噪音等;②功率较大的离心泵在关闭出口阀运转时，泵内的流体会越来越热，严重时会烧坏轴承;③在小流量下工作，泵轴会受到额外的径向力的作用。
设置最小流量管线可以使泵在运转时，始终有一定量的流体流经泵，防止泵轴受到过大的径向力作用，也能有效避免噪音和流体发热。
2.2 常用流量控制方法
常用的流量控制方法有三种，即直接节流法、旁路调节法和改变泵的转速法。直接节流法指直接在泵的出口管线上设置调节阀，利用阀门开度控制流量，如图2-1。此方法简单可行，但由于增加了管路阻力会损耗一部分功率，介质流量低于额定流量的30%时机械效率很低，十分不经济。旁路调节法是指在泵出口管线的旁通管路上安装调节阀，改变阀门开度控制旁通管流量从而调节系统管路流量，如图2-2。此方法优点是调节阀直径较小，在流量较小又选不到合适的泵时适用较为普遍，但能量损失较大。改变泵的转速指泵的驱动机为汽轮机或可调速电机时，可采用调节转速而达到调节流量的目的，见图2-3和图2-4。这种方法能量损失较小，但投资较高，一般适用于功率较大的机泵。
以上三种方法中，改变泵的转速最节约能耗，但投资较大，维护成本高，适用范围有限，也不能无限制的调速。前两种方法虽然能耗大，但因其可靠、方便和投资低等优点，使用较为广泛。旁路调节阀因投资小更具有优势，下文就此方法常用最小流量返回线的调节方式做以介绍。
3 最小流量返回线设置
3.1 调节方式
常见最小流量返回线的设置主要有以下两种方式：
在回流管线上设置限流孔板加截止阀，见图3-1。
在泵的出口用户不需要产品，仅减小流量以保证泵能正常运转时使用限流孔板加截止阀即可。其优点是投资小，主要缺点是不论工艺主线流量大小，旁路线始终都有流量。因此，选泵时应把旁路流量附加到操作流量上，否则易造成用户流量不满足要求。另外，若泵的扬程很高，液体又处于饱和温度下时，限流孔板后可能发生气化，需要考虑孔板后管径能否适应两相流，返回管线接入泵上游容器。
旁路管线安装调节阀，见图3-2。
采用旁路线上安装调节阀的方法，调节阀由泵排出总管上流量的控制。此方法的优点是：选泵可不考虑旁路流量，旁路线只有在流量过小时才打开，平时关闭以节省能量。虽然投资和维护成本较高，但节约操作成本。此调节方法比较迅速，对需要稳定流量以及扬程较高的工况较适用。
综合考虑，对大功率、高扬程的机泵而言，设备本身投资较高，旁路安装调节阀能更好的保护机泵，即使新增回路的投资较高也是相对经济的做法。其他机泵需要设置最小流量调节时，使用孔板加截止阀的方式即可。根据工艺要求和投资情况可灵活掌握调节方式。
3.2 流量返回线位置
常用泵出口最小流量返回线汇入泵入口管线（见图3-3）或泵上游设备（图3-4）。
设置最小流量返回线的作用主要就是控制振动和带走热量。泵长期在低于额定流量下工作，易产生垂直与轴向方向的推力，而且泵在低效率下运转，会使用入口液体温度升高，蒸汽压升高容易出现汽蚀。最有效的做法是将其接至上游的吸入设备，但设计中经常都是将其接至泵入口，这样做只能起到第1个作用。
若介质温度不高、不易气化且上游设备与机泵距离较远时，将返回线接入泵入口对操作和安装是比较有利的，会大大减少投资和操作费用;反之，介质易气化时应接入上游设备，否则易造成泵汽蚀，也不能达到设置流量返回线的目的。
4 结语
实际设计过程中，是否需要设置最小流量线、设置时旁路管线调节方式和接入位置等需要综合考虑各方面因素，在满足工艺要求的前提下尽量减少投资和能耗，选择最优的工艺方案。
参考文献：
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