利用壓力罐對離心泵流量進行控制

趙 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

利用壓力罐對離心泵流量進行控制

趙 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

離心泵常用的控制方式有兩種，即節流控制和變速控制。當離心泵下游用戶全部為間歇用戶或即使有連續用戶但物料用量較少時，上述兩種方法均不再適用。以海上某石油平臺淡水泵的控制為例，通過在泵出口設置壓力罐，使下游用戶依靠壓力罐補給物料的方式，既節能又延長泵的使用壽命。

離心泵；流量控制；壓力罐；密封氣

1 問題的提出

通常，離心泵的控制方式主要有兩種，即節流控制和變頻控制[1-3]。節流調節是通過調節設置在泵出口管線或回流管線上調節閥的開度調整泵的供給量的控制方式，其實質是通過改變管路特性曲線實現對外輸量的調節控制[4，5]。變速調節是通過改變泵葉輪的轉速調整外輸流量的控制方式，其實質是通過改變泵的特性曲線實現對流量的調節控制。文獻也對兩種方案的優缺點進行了分析比較[6-10]。當離心泵下游為間歇用戶或即使有連續用戶但物料用量較少時，應用節流控制能耗較高，而且泵容易產生氣蝕、振動或機械故障[11，12]，變速控制又不能滿足要求。

如在海洋某石油平臺淡水系統設計過程中，淡水用戶（見表1）。

表1 淡水用戶匯總

項目擬采用的離心泵流量為10 m3/h。如果考慮節流調節，則調節閥無論設在泵出口管線還是回流管線，當下游用戶無用水量時，經泵淡水將全部回流，泵實際為“空轉”，不僅消耗電能，而且影響泵的使用壽命。同時變頻也不適用于本工況調節。

2 壓力罐控制流程簡述

項目中采用了在淡水泵出口設置壓力罐，由罐的操作壓力控制泵啟停的控制方式，具體方案（見圖1）。

圖1 淡水系統離心泵控制方式示意圖

本方案的具體控制過程及原理為：罐初次投用時，首先在壓力罐內預充入一定量的氣體，然后啟動泵向罐內充水，隨著充水量的增加，罐內氣體被壓縮，罐體操作壓力逐漸升高。當操作壓力達到罐體設定值（OFF）時充水結束。下游用戶有用水需求時，首先由壓力水罐為用戶供水。隨著罐內水位下降，罐體操作壓力逐漸降低，當其值降到設定值（ON）時，壓力水泵再次啟動。如果下游淡水用量與泵的額定流量相等，則由淡水泵直接為用戶供水；如果下游用量小于泵的額定流量，則泵除為下游用戶供水外，“多余”的淡水進入壓力罐儲水，壓力水罐操作壓力再次達到設定值（OFF）時泵停止供水，這就是一次完整的“充水-用水”過程。

3 控制參數的設定

利用壓力罐的操作壓力對泵的啟停進行控制時，密封氣的選擇、壓力罐操作壓力及充氣量的設置、罐容、泵的設備參數對生產操作的安全性、穩定性、設備投資等有重要影響。

3.1 密封氣的選擇

利用壓力水罐對泵的啟停進行控制不僅適用于淡水等非可燃液體，同時也適用于可燃液體。密封氣的選擇主要考慮泵輸介質類型。當輸送介質為可燃液體時，為避免揮發氣體與密封氣混合后發生閃燃或爆炸，建議采用N2等惰性組分。另外，即使外輸介質為水等不可燃性介質，也要考慮非正常工況下下游可燃氣體是否有通過“串氣”到達壓力罐的可能性，如果有，密封氣也應采用惰性氣。

3.2 壓力罐的操作壓力及充氣量

壓力罐的操作壓力信號除控制離心泵的啟停外，還影響壓力罐的有效容積，因此該值設定是否合理對控制系統運行效果及投資成本控制有一定影響。

一般而言，泵的啟動信號（ON值）不應低于下游用戶最低進料壓力，停泵信號（OFF值）不應高于下游用戶最高允許進料壓力。同時也應考慮ON～OFF的范圍，該壓力范圍越大，壓力罐罐容的有效利用率越高，反之越低。同時還要結合相關規范[13]提出的報警值需滿足操作人員反應時間的要求。

3.3 罐容

壓力罐的罐容取的過大不僅占地大、而且浪費設備投資，而罐容取的過小會造成離心泵頻繁啟停，對泵的使用壽命造成影響。文獻[14]建議將泵的啟停次數控制在不大于6次/小時。本文建議在充分考慮泵的啟停次數及下游用戶物料用量的基礎上確定罐容。

3.4 泵參數

泵的揚程滿足壓力罐補充物料的需求即可。泵的流量選擇應考慮下游用戶的具體需求確定。如果下游用戶均為間歇用戶，可以考慮最大物料用量用戶為泵的流量，如果下游有同時使用的間歇用戶且流量需求之和大于最大用戶，建議取同時使用的用戶用量作為泵的流量。

4 結論

本文以淡水泵控制方式為例，提出了利用壓力罐對離心泵進行控制的方案。整個過程中，離心泵間歇運行，避免了泵的“空轉”問題，不僅達到了節能的目的，而且對延長泵的使用壽命也不無裨益。

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Centrifugal pump＇s flow control by application of pressurized vessel

ZHAO Ming
（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）

Both throttling regulation and variable-frequency regulation were usually used in centrifugal pump＇s flow control.When the whole down streams of the centrifugal pump are intermittent users or the continuous users＇material consumption is not even more,the control schemes mentioned above shouldn＇t be adaptable any more.Taking fresh water pump＇s flow control method used in some offshore oil platform as an example,down stream users were supplied water by the pressurized vessel layout at the pump outlet,which method is not only energy conservation but also increasing pump＇s life span.

centrifugal pump；flow control；pressurized vessel；seal gas

TE964

A

1673-5285（2017）10-0077-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.019

2017－09-29

趙明，男（1977-），工程師，主要從事LNG、油氣田、煉油裝置設計和設計管理工作，郵箱：zhaoming1@mail.cooec.com.cn。