離心泵選型存在的一些誤區
更新時間：2023-05-06
購買一臺品質良好的設備并不能確保運行。如果不是專門為特定應用而設計，那么好的設備也會出現問題。每臺離心泵都具有特定的使用工況和運行范圍，一旦偏離這些使用工況和運行范圍，將會給泵(組)的安全、可靠運行帶來隱患。
由于不少用戶/工程公司/設計院對離心泵的理論和工程實踐經驗缺乏非常全面的了解，以至于經常做出一些不合適的要求和運行，從而導致非最佳選型和不恰當的應用，運行及維護費用將大幅度提高。
本文將結合工程實踐經驗，對離心泵選型和應用中存在的一些誤區進行闡述和說明，以避免廣大用戶出現產品選型和應用不佳的情況。
1.1 效率越高越好
高效意味著能耗費用低，這是每個最終用戶所期望的，也一直是每個離心泵制造商所追求的目標之一。之所以稱之為“目標之一”，是因為一些特定場合用重要離心泵(例如超長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的API泵等)，始終將長期安全穩定運行(即可靠性)放在第一位。
高效也意味著較小的(耐磨環、平衡機構等)運轉間隙、較細的泵軸、嚴格的公差配合以及不會干擾流體流動的光滑過渡的流道等，這會造成用戶的維護時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單地要求將“高效”應用于所有場合的離心泵，強制執行GB19762-2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》標準。更有甚者在很多項目招標過程中，首先直接比較泵的效率或強制規定泵的效率值，效率低的制造商將被直接淘汰，既不科學也不合理。這是對標準的誤讀，也是標準條款不明晰和標準本身缺陷所造成的。其實，早在2001年歐盟委員會便出臺了“STUDY ON IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF PUMPS”，該報告認識到：對泵效率的選擇是最大的挑戰，只能給予簡單的指導。
泵的效率隨著轉速、葉輪形狀、執行標準(如API標準要求大的耐磨環間隙)、介質特性的不同而變化……
也就是說，對于一些特定場合用泵，相關能效標準并不適用。盡管在泵系統生命周期內的能耗費用超過維護費，但具體操作人員往往極其關注的是泵系統在現場的穩定運行。與節能相比，優先考慮的是有效維護。
不同的公司對于不同用途的離心泵在設計理念上各不相同，有的注重可靠性，有的關注超長的使用壽命。上世紀80年代，是中國火力發電大發展的時期，國外的電站泵生產廠家紛紛搶灘中國市場，絕大多數電站泵廠家的產品均以安全可靠性高而著稱，且經用戶使用后發現其效率確實較同行略高一些，但卻存在一個非常致命的缺陷--頻繁斷軸，最終被踢出了中國電力市場。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。
1.2 泵的必需汽蝕余量越低越好
對于用戶來說，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。
在大多數泵系統中，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，在系統設計之前，應考慮泵制造商的建議及其應用經驗，檢查并確認在所有預期運行的流量范圍之內給出一個足夠的安全裕量。同時，在確定裝置汽蝕余量時，買方和賣方應當弄清楚最小連續穩定流量與泵的吸入比轉速之間的關系，一般來說，泵的最小連續穩定流量隨著吸入比轉速的增加而增加……，選擇吸入比轉速的大小及NPSH安全裕量時，應當考慮現有的工業水平和制造廠經驗。
在相同的轉速和流量下，NPSHR越低，泵的吸入比轉速越高。與較低的吸入比轉速泵設計相比，較高的吸入比轉速泵更有可能遇到不良的振動和噪音，同時，允許的運行區間也變得較窄。
關于吸入比轉速對離心泵運行可靠性的影響，國際同行具有非常豐富的工程應用經驗，并給出了吸入比轉速的最大限定值，可供泵選型時參考。其中，UOP 5-11-7規范[2]中規定的吸入比轉速的限定值在全球得到了廣泛認可和應用，其規定如下：泵的吸入比轉速不得高于13000(m3/h, rpm m);當泵送介質為水或水含量超過50%的溶液，并且泵的單級葉輪功率超過75 kW時，吸入比轉速不得高于11000 (m3/h, rpm, m)。隨著科技的發展，今天，在不加大葉輪進口直徑的情況下，人們改善離心泵吸入性能的可選擇手段較多，吸入比轉速的限值也相應提高。
1.3 泵的臨界轉速距離實際轉速越遠越好
在實際工程招投標過程中，工程公司/設計院/用戶為了防止泵運行過程中出現共振，希望一階橫向臨界轉速離泵額定轉速越遠越好(如早期核電站常規島主給水泵招標文件中要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高于其額定工況點對應轉速的125%”，幾年后要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高于其額定工況點對應轉速的135%”，然而最近的一次卻要求“泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高于其額定工況點對應轉速的150%”)，同時，要求滿足現行能效標準。
從技術角度來說，泵的臨界轉速可以設計得距離實際轉速很遠。但是，卻忽略了臨界轉速對泵性能的影響(與泵的能效要求相矛盾)。在同等條件下，臨界轉速越高，軸系越粗，意味著泵的效率越低。為此，應根據不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉速與泵的額定轉速之間的差值。
1.4 離心泵可以處理氣液兩相流
離心泵的溶氣運行是十分復雜的氣液兩相流流動，國內外同行對此進行了大量的研究。在對離心泵葉輪進行特殊設計(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回流孔)的情況下，含氣量達到10%(體積含量)時，離心泵仍能持久穩定工作;而對于普通離心泵，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生的沖擊力，并可以減少由此產生的不良噪音、振動和侵蝕損壞。但是，當氣體含量達到6%時，普通離心泵就可能會產生汽蝕、氣阻等現象，并導致性能(流量、揚程及效率)的急劇下降。
總 結
并非泵的效率越高越好。高效通常以犧牲運行可靠性為代價。泵的必需汽蝕余量并非越低越好。一方面受現有工業設計和制造水平的限制;另一方面會導致吸入比轉速偏高，泵允許的運行區間變窄。
應根據不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉速與泵的額定轉速之間的比值。普通離心泵可以處理少量夾帶氣體的液體。嚴禁泵在最小連續穩定流量以下長時間運行。通常，禁止泵在出口閥門全開的情況下啟泵。
原則上，填料密封結構不能直接用于機械密封。應避免泵出現反轉。工業凈水不適用于高溫泵冷卻夾套的冷卻。
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