泵系統的最小流量調節

李衛晨子　位世榮

摘 要：在煉油和化工行業中，泵應用十分廣泛。為獲得較高的運行效率，機泵最好能在優先工作范圍內工作。若流量太小，易造成泵內產生過高溫升以及較大的震動而使泵損壞。常用的解決方法是從泵出口管線上引旁路線，對泵的流量進行調節。本文就常用的最小流量線設置進行介紹。

關鍵詞：泵;最小流量;設計

0 前言

在石油化工裝置中，機泵是重要設備之一，為流體提供足夠的壓力以滿足生產需要。泵系統包括泵、用于輸送流體的進出管線、用于控制流量的調節閥以及換熱器、罐等系統用戶等。隨著煉油和化工裝置規模的不斷擴大，機泵所需要的流量和揚程也不斷增加。

影響機泵運行的參數主要有轉速、揚程、流量和效率等。當流量發生變化，其他參數也發生相應的變化，但在設計工況下運行效率最高。如果實際工作點偏出優先工作范圍，落在極限工作范圍和優先工作范圍之間，雖然也能夠運行，但效率會下降較快。由于泵在小流量運行時很不穩定，可能產生汽化，尤其是對于輸送熱流體的泵，極易產生汽蝕，危及整個系統的安全運行。

1 最小流量

通常泵的最小流量由機泵制造廠家提供。若無法提供時，一般取泵的最小穩定連續流量和最小穩定熱控流量中的較大值。其中最小穩定連續流量，主要是從泵振動方面考慮的，通常是通過大量試驗確定下來的。有一些產品沒有大量的試驗依據，一般情況下可取最高效率點流量的25%～30%做為最小穩定流量。最小穩定熱控流量是依據泵操作工況（包括介質特性、操作溫度、進口壓力等），計算出介質在泵內不汽化的最小流量。

最小流量工況一般出現于以下幾種情況：

①泵排出線調節閥受上游設備液位所控制，生產中由于某些干擾，造成液位下降，導致調節閥關小甚至完全關閉，機泵會出現最小流量甚至零流量工況;②因生產調度需要，部分工段無法直接停工而不得不處于低負荷運轉，這時相關的機泵處于低流量甚至最小流量工況;③受實際操作影響。如某臺流程泵正常工作時流量較大，但在開停工期間僅需較小的流量而導致出現最小流量工況。

2 流量控制作用及方法

2.1 流量控制作用

①離心泵在低流量下運轉，泵內會出現流體脫離現象，易使泵產生振動和噪音等;②功率較大的離心泵在關閉出口閥運轉時，泵內的流體會越來越熱，嚴重時會燒壞軸承;③在小流量下工作，泵軸會受到額外的徑向力的作用。

設置最小流量管線可以使泵在運轉時，始終有一定量的流體流經泵，防止泵軸受到過大的徑向力作用，也能有效避免噪音和流體發熱。

2.2 常用流量控制方法

常用的流量控制方法有三種，即直接節流法、旁路調節法和改變泵的轉速法。直接節流法指直接在泵的出口管線上設置調節閥，利用閥門開度控制流量，如圖2-1。此方法簡單可行，但由于增加了管路阻力會損耗一部分功率，介質流量低于額定流量的30%時機械效率很低，十分不經濟。旁路調節法是指在泵出口管線的旁通管路上安裝調節閥，改變閥門開度控制旁通管流量從而調節系統管路流量，如圖2-2。此方法優點是調節閥直徑較小，在流量較小又選不到合適的泵時適用較為普遍，但能量損失較大。改變泵的轉速指泵的驅動機為汽輪機或可調速電機時，可采用調節轉速而達到調節流量的目的，見圖2-3和圖2-4。這種方法能量損失較小，但投資較高，一般適用于功率較大的機泵。

以上三種方法中，改變泵的轉速最節約能耗，但投資較大，維護成本高，適用范圍有限，也不能無限制的調速。前兩種方法雖然能耗大，但因其可靠、方便和投資低等優點，使用較為廣泛。旁路調節閥因投資小更具有優勢，下文就此方法常用最小流量返回線的調節方式做以介紹。

3 最小流量返回線設置

3.1 調節方式

常見最小流量返回線的設置主要有以下兩種方式：

在回流管線上設置限流孔板加截止閥，見圖3-1。

在泵的出口用戶不需要產品，僅減小流量以保證泵能正常運轉時使用限流孔板加截止閥即可。其優點是投資小，主要缺點是不論工藝主線流量大小，旁路線始終都有流量。因此，選泵時應把旁路流量附加到操作流量上，否則易造成用戶流量不滿足要求。另外，若泵的揚程很高，液體又處于飽和溫度下時，限流孔板后可能發生氣化，需要考慮孔板后管徑能否適應兩相流，返回管線接入泵上游容器。

旁路管線安裝調節閥，見圖3-2。

采用旁路線上安裝調節閥的方法，調節閥由泵排出總管上流量的控制。此方法的優點是：選泵可不考慮旁路流量，旁路線只有在流量過小時才打開，平時關閉以節省能量。雖然投資和維護成本較高，但節約操作成本。此調節方法比較迅速，對需要穩定流量以及揚程較高的工況較適用。

綜合考慮，對大功率、高揚程的機泵而言，設備本身投資較高，旁路安裝調節閥能更好的保護機泵，即使新增回路的投資較高也是相對經濟的做法。其他機泵需要設置最小流量調節時，使用孔板加截止閥的方式即可。根據工藝要求和投資情況可靈活掌握調節方式。

3.2 流量返回線位置

常用泵出口最小流量返回線匯入泵入口管線（見圖3-3）或泵上游設備（圖3-4）。

設置最小流量返回線的作用主要就是控制振動和帶走熱量。泵長期在低于額定流量下工作，易產生垂直與軸向方向的推力，而且泵在低效率下運轉，會使用入口液體溫度升高，蒸汽壓升高容易出現汽蝕。最有效的做法是將其接至上游的吸入設備，但設計中經常都是將其接至泵入口，這樣做只能起到第1個作用。

若介質溫度不高、不易氣化且上游設備與機泵距離較遠時，將返回線接入泵入口對操作和安裝是比較有利的，會大大減少投資和操作費用;反之，介質易氣化時應接入上游設備，否則易造成泵汽蝕，也不能達到設置流量返回線的目的。

4 結語

實際設計過程中，是否需要設置最小流量線、設置時旁路管線調節方式和接入位置等需要綜合考慮各方面因素，在滿足工藝要求的前提下盡量減少投資和能耗，選擇最優的工藝方案。

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