离心泵最小流量控制方案的选择

喻芳　离心泵最小流量控制方案的选择　１９　离心泵最小流量控制方案的选择　喻芳　惠生工程（中国）有限公司上海２０１２１０　摘要　针对离心泵在低流量区域长期运行易产生汽蚀、振动、噪音和机械故障的问题，总结工艺流程设计中　泵最小流量控制的若干方案及各自特点，推荐各方案的适宜应用场合。　关键词　离心泵最小流量孔板调节阀压力流量　液体输送用泵将输入功率（如电能、蒸汽动　能）一部分转换为水力能量，同时由于摩擦一部　泵出口线上分出一股旁路返回上游容器，旁　路上安装限流孔板和闸阀，闸阀正常运行时保持　全开。管道尺寸根据厂家提供的泵的最小流量进　行确定。限流孔板有两种设计思路，一种是最安　分转换成热能损失。内部能量损失在很大程度上　取决于通过泵的流量。泵输出流量越低，效率越　低，因此转换为热量的内部能量损失就越大。泵　全但最耗能的，即按泵的最小流量进行设计；另　一内介质温度随流量减小而不断上升，为避免泵内　过热和可能的汽化，泵运行时必须保持一定的流　量（即所谓最小流量）。当流量低于最小流量时，　种根据可能出现的工艺最小流量，用泵的最小　流量减掉工艺最小流量来进行设计，这样可以降　低一部分泵的耗能。旁路安装孔板的方案因旁路　有连续的流量通过，泵的出口流量始终大于工艺　流量，当泵的最小流量较大时，泵的操作点始终　偏离最佳效率点，因此能耗大，操作费用高。该　泵将产生汽蚀、振动、噪音甚至机械故障。在工　艺设计中，为避免因上游液位或下游压力原因导　致泵的输送流量低于最小流量，通常采用泵出口　的最小流量旁路返回上游容器的方法保护泵的平　稳安全运转。　方案适宜于泵流量较小、功率较低的场合。优点　是方案简单，孔板成本低；缺点是能耗高，而且　当孔板前后切断阀误关闭时起不到保护作用，可　能造成泵的机械损坏。　１．２出口压力＋旁路调节阀　１最小流量保护方案　在实际运用中，最小流量旁路有几种常见的　设计方案，最简单的为旁路加装孔板保持一股连　为节省能量，可采用自动控制旁路满足泵最　小流量起到保护的作用。方法之一是用泵出口压　续的流量返回上游设备。较复杂的为自动控制方　案，采用压力或流量参数控制旁路调节阀的开度，　不同方案有其特点和适用场合。　１．１旁路孔板　力对旁路的开度进行控制的方案，旁路上装一调　节阀，正常运行时阀一直为关闭状态，当出口压　力高于设定点时，表示出口流量降低，此时旁路　应逐渐开大，以保证人口流量不低于最小流量。　压力设定点根据泵的操作曲线上最小流量对应的　出口压力进行设定。工艺流程见图２。　泵出口旁路上安装孔板是最简单也最常见的　泵最小流量保护方法，工艺流程见图１。　控制逻辑为：当控制器ＰＣ检测到出口压力＞　设定值ＳＰ（泵允许的最小流量下对应的出口压　力），控制器发出４～２０ｍＡ控制信号至最小流量旁　路控制阀执行机构执行开阀动作；当控制器ＰＣ检　测到出口压力≤设定值ＳＰ（泵允许的最小流量下　图１　旁路子Ｌ板工艺流程　喻对应的出口压力），控制器发出４～２０ｍＡ控制信号　芳：工程师。２００９年毕业于中国石油大学（华东）化学工艺系获硕士学位。主要从事石油化工工程工艺设计。　联系电话：（０２１）２０３０６２７８，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕｆａｎｇ＠ｗｉｓｏｎ．ｃｏｍ。　２０　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＤＥＳＩＧＮ　图２出口压力控制工艺流程　至最小流量旁路控制阀执行机构执行关阀动作。　对高扬程泵来说，调节阀可能需要和一级或　多级孔板连用，孔板用来降压以避免出现对阀的　冲蚀、噪音和介质的汽化。　当上游压力变化比因流量改变带来的压力波　动小，且泵的性能曲线很陡峭时，即流量降低，　出口压力迅速升高，压力控制比较灵敏时，用出　口压力进行最小流量控制较适宜。　１．３　出口流量＋旁路调节阀　采用调节阀自动控制旁路流量的方法经济，　当泵性能曲线较平坦，即出口压力对流量变化不　敏感时，可采用泵出口流量对旁路进行控制。工　艺流程见图３。　图３出口流量控制工艺流程　正常运行时调节阀一直为关闭状态，当出口　总流量低于设定点时，此时旁路应逐渐开大，以　保证人口流量不低于最小流量。流量设定点根据　泵的操作曲线上最小流量进行设定。对高扬程泵，　为了达到降压并保护调节阀的作用，可能串联一　级或多级孔板使用。　控制逻辑为：当控制器ＦＣ检测到出口流量＜　设定值ＳＰ（泵允许的最小流量值），控制器发出４　～２０ｍＡ控制信号至最小流量旁路控制阀执行机构　执行开阀动作；当控制器ＦＣ检测到出口压力≥　设定值ＳＰ（泵允许的最小流量值），控制器发出４　～２０ｍＡ控制信号至最小流量旁路控制阀执行机构　执行关阀动作。　１．４泵进出口压差＋旁路调节阀　对于泵性能曲线较陡峭，且泵进口压力变化　很大的场合，为减小进口压力对出口压力的影响，　旁路调节阀可采用泵进出口压差进行控制。工艺　流程见图４。　图４进出口压差控制工艺流程　此方案的特点是通过检测泵进口设备压力和　出口压力得到进出口压差，该压差即近似为泵扬　程，当流量减小时，对照泵性能曲线，泵扬程迅　速增加，此时旁路调节阀应开大，以保证泵的流　量不低于最小流量，达到保护泵的目的。　控制逻辑：泵上游设备出口压力变送器ＰＴ１　和泵出口压力变送器ＰＴ２将参数送至压差控制器　ＰＤＣ，当其检测到压差值＞设定值ＳＰ（泵允许的　最小流量下对应的扬程压差），控制器发出４～　２０ｍＡ控制信号至最小流量旁路控制阀执行机构执　行开阀动作；当控制器ＰＤＣ检测到压差值≤设定　值ＳＰ（泵允许的最小流量下对应的扬程压差），控　制器发出４～２０ｍＡ控制信号至最小流量旁路控制　阀执行机构执行关阀动作。正常操作时，旁路阀　处于关闭状态。　该方案较单独的出口压力控制复杂，多了一　套压力检’钡０仪表和逻辑回路，但控制最稳定，当　泵性能曲线陡峭且进口压力变化较大时，推荐采　用此种方案。　２　结语　离心泵在化工操作中作为最常见的动设备，　其耗能对降低操作费用有重要的意义。当工艺流　量有可能低于泵稳定操作的最小流量时，有必要　增加出口旁路设计。以上四种旁路最小流量控制　方案，从经济上说孔板的投资最小，但操作费用　高，适宜用在泵流量小，功率低的场合；增加旁路　（下转第５页）　聂李红等　乙炔尾气制氢设计优化　５　降，使中变换过程的热量平衡进一步遭到破坏。　因此，根据模拟结果分析可以得出，乙炔尾　气组分波动是造成制氢热量无法平衡、装置无法　正常操作运行的主要原因。　２．４方案比较与设计优化　了制氢装置内唯一的明火设备，减少了业主日常　运行中相应的操作、管理、维修工作，也消除了　加热炉在正常操作时的烟气排放，在环保和维护　管理方面更合理。　２．５优化效果　方案一和方案二都可以将中温变换炉一段人　口工艺气温度调节至与设计工况一致，达到装置　采用方案二优化设计后操作参数与设计工况　参数见表５。　表５模拟计算工艺参数　稳定运行的目的。两种调节方案模拟计算结果比　较见表４。　表４两种方案模拟计算结果比较　由表５可知，通过调整变换工艺蒸汽温度、不　开加热炉，制氢装置中变一段、二段人口温度基　本恢复到设计工况，实现了中变系统热量平衡，　克服了前端乙炔尾气组分波动对制氢装置操作的　影响。　表４中的差值为方案二与方案一参数之差，输　出的副产蒸汽量用“一”表示，折能耗标准按　ＧＢ／Ｔ　５０４４１—２００７计算。方案二比方案一节省消　３结语　通过Ａｓｐｅｎ模拟计算、分析，确认了制氢装　耗３．６３ｋｇｃｅ／ｈｒ，运行更经济。这是由于方案二采　用蒸汽直接接触加热工艺气的方式，比采用加热　炉间接加热工艺气能量利用效率更高。　方案二中加热炉仅用于开车催化剂还原升温，　与方案一相比，炉内高温盘管设计压力将大幅降　低，设备投资也降低。方案二的工艺蒸汽管线操　置运行不稳定的主要因素是乙炔尾气组分波动，　提出通过调整工艺蒸汽温度的解决方案，并与设　置在线加热炉解决方案进行比较，为简化工艺流　程及优化设计方案提供了依据，并在工程实践中　得到了验证，实现了制氢装置调节灵活、运行　稳定。　参考文献　作温度会有提高，设计温度也相应提高，但碳钢　管道及材料在该设计温度下的壁厚并未增加，不　会引起投资的变动。因此，方案二在设备投资方　面也要优于方案一。　方案二中工艺气体不经过加热炉盘管加热，　１但渝江．两种乙炔尾气转化技术分析比较［Ｊ］．天然气化　工，２００２，２７（５）．　２陈仕萍．乙炔尾气制甲醇和天然气制甲醇的比较［Ｊ］．天　然气化工，２００６，３１（１）．　３李辉林，高雁，李光辉等．天然气裂解制乙炔尾气用于　降低了装置阻力降，后续ＰＳＡ制氢系统运行也更　经济。　生产合成氨工艺改进［Ｊ］．大氮肥，２００９，３２（２）．　（收稿日期２０１６—０５—１９）　方案二正常操作时不需要运行加热炉，消除　（上接第２０受）　调节阀的自控方案一次性投资大，但长期运行的　操作费用大幅降低。出口压力和流量控制分别用　于泵性能曲线陡峭和平坦的场合，当泵人口压力　波动较大时，可增加进口压力检测，通过进出口　压差对旁路流量进行控制。在实际工艺中，要根　据具体情况做出合适的选择，达到既安全、又节　能经济的目的。　（收稿日期２０１６—１１—０３）