多级离心泵改造方案分析及其在工程中的应用

王光明

（海洋石油工程股份有限公司，广东深圳 518067)

多级离心泵改造方案分析及其在工程中的应用

王光明

（海洋石油工程股份有限公司，广东深圳 518067)

根据《现代泵理论与设计》、API610石油、重化学和天然气工业用离心泵标准及平台改造泵的经验，从多个角度通过最小流量的限制和切割定律理论对多级离心泵的改造方案进行了分析，包括拆级、换叶轮、切割叶轮、打回流及换低转速电机。并结合工程案例，对多级离心泵改造在工程中的应用进行了详细方案论证。

多级离心泵；最小连续流量；切割定律

1 多级离心泵改造方案分析

1.1 扬程适应性改造

根据实际情况，在配产减小的情况下，海油平台外输泵扬程均比额定扬程小，在流量没有变化或者变化较小的情况下，可通过减少级数来减小扬程。根据《现代泵理论与设计》，级数与扬程成等比关系，即每减小一级，扬程按剩下的级数占总级数的比例等比减小，公式可表示为N1/N2=H1/H2，式中N1为原级数，H1为原扬程，N2为拆级后剩下的级数，H2为拆级后的扬程。特殊情况下，如果工艺需求扬程太小，级数减到单级也无法满足要求，可通过调整下游调压阀实现减压。拆级后，离心泵内多出的空间可以用节流筒来填补，以减少流道损失。

1.2 流量适应性改造

多级离心泵流量逐年变化是最大的，其流量适应性改造也是最难的。对于泵本身，根据泵的性能曲线，其流量越小，扬程越大；而对于工艺输送需求而言，流量越小，要求的输送扬程也越小。这就是矛盾所在。流量的适应性改造可以从两方面来考虑，一是考虑切割叶轮直径，二是考虑打回流，也可以同时考虑两种方式来改造泵。

根据改造原则，为保证泵安全稳定运行，如果工艺需求运行流量＜40%的额定流量，即小于最小连续流量，一方面可以通过切割叶轮直径的方式来进行改造。理论上按最大可切割叶轮直径为20%，实际切割过程中，按经验考虑，可切割到30%。根据《现代泵理论与设计》里的切割定律，叶轮直径与流量成正比，与扬程的平方成正比，即D1/D2=Q1/Q2，D1/D2=（H1/H2）2。叶轮直径切割后，泵的最小连续流量为70%×40%=28%的额定流量，如果泵的工艺需求运行流量＜28%的额定流量，就必须换新泵。

另外一方面可以通过打回流来满足工艺需求运行流量，理论上工艺需求运行流量≥20%的额定流量时打回流，回流量按20%额定流量考虑，保证回流后泵的运行流量≥ 最小连续流量，泵均可正常运行，实际情况下，考虑到回流不节能，回流升温等问题，建议工艺需求运行流量＜30%的额定流量时就不能回流。

综上，当泵的工艺需求运行流量在40%～120%的额定流量时，可以不用对泵进行流量的适应性改造；当泵的工艺需求运行流量在30%～40%的额定流量时，可以对泵进行流量的适应性改造；当工艺需求运行流量＜30%的额定流量，考虑到小流量对泵的振动、噪音及寿命的影响，无法通过改造来满足工艺需求，必须更改新泵。根据API610的标准，泵的优先工作区在70%～110%的额定流量，因此建议工艺需求流量在40%～70%额定流量时，也对泵进行流量的适应性改造。

1.3 电机转速对泵的影响

根据《现代泵理论与设计》，电机转速与流量成正比，与扬程的平方成正比，即n1/n2=Q1/Q2，n1/n2=（H1/H2）2。因此可以通过调整电机转速来实现泵的改造。如果原泵本身的电机就是变频电机，则泵的适应性就比较强，只要在变频的性能曲线范围内，流量和扬程均能实现。如果不是变频电机，可考虑更换电机。由于配产减少带来的是泵的工艺需求流量和扬程均减小，如果继续使用原电机，则存在大马拉小车的情况，泵效率较低，更换成小功率的电机则可以减少能耗。如果原电机本身是大转速电机，则可以更换为小转速的电机。

2 工程案例应用

某海油平台原有3台5级卧式离心泵，原单台泵的额定流量为221m3/h，额定入口压力为520kPa，额定出口压力为5 722kPa，相对密度为0.813～1，现需将其中的2台泵进行改造，以满足现在的工艺需求。

操作温度：80～90℃；相对密度：0.813～1；黏度：1～5.98MPa·s。

新流量为原流量的16%～79%，新扬程为原扬程的10.5%～13%，流量从2023年开始＜30%额定流量，无法通过改造来实现运行工况，建议2019年到2022年可通过改造泵来实现运行工况，由于泵为卧式泵，泵级数由5级改为2级来平衡轴向力，叶轮切割20%，改造后泵的运行流量为80%×221=176.8m3/h，泵的扬程为659×2×0.8×0.8/5=168.7m，轴功率130kW，保留原电机，基本适应运行工况，2020年到2022年流量逐年减小，可通过打回流实现运行工况。2023年开始＜30%额定流量，如果工艺实际需求流量还没有改变，建议换新泵，新泵额定流量60m3/h，额定扬程68m，电机功率37kW。

3 结束语

多级离心泵的改造首要的是保证泵的安全稳定运行，在此前提下，有多种改造方案来实现新的工艺需求，需结合实际情况，取舍得当，尽量让泵在高效率下运行，降低能耗。同时考虑改造的现场施工量，使施工量尽可能的小，这样才是一个好的改造方案。

[1] 关醒凡，现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011，（4）.

Analysis of Multi-stage Centrifugal Pump Reconstruction Scheme and Its Application in Engineering

Wang Guang-ming

Based on the “modern pump theory and design”，API610 petroleum，heavy chemical and natural gas industry with centrifugal pump standard and platform to transform the pump experience，from a number of angles through the minimum flow limit and cutting law theory of multi-stage centrifugal pump The program was analyzed，including demolition，for impeller，cutting impeller，playing back and changing the low speed motor.Combined with the project case，the multi-stage centrifugal pump in the application of the project carried out a detailed program demonstration.

multistage centrifugal pump；minimum continuous flow

TH311

A

1003–6490（2017）11–0268–01

2017–09–02

王光明（1984—），男，广东深圳人，工程师，主要从事海洋石油钻采平台设计工作。