化工耐腐蝕離心泵技術(shù)在中石油、中石化油氣精

        化工離心泵技術(shù)在中石油、中石化油氣精煉中的應(yīng)用
       旋轉(zhuǎn)機械技術(shù)在下游產(chǎn)業(yè)中起著重要作用。事實上，設(shè)備的工藝條件可能是很嚴苛的：一個正常大小的上游頂端設(shè)備的輸出率可達1500噸/小時，還有一些關(guān)鍵的工藝節(jié)點，如爐內(nèi)裝料泵的溫度接近800℃，這些加工過程都需要特殊的技術(shù)解決方案。流體催化裂化（FCC）設(shè)備要求進料首先與催化劑混合，然后泵送到溫度達500℃左右的反應(yīng)器里。這一過程所需的空氣通常由正常流速約50000標準立方米/小時的離心式或軸流式壓縮機來提供，功率可達數(shù)兆瓦。壓縮和泵送應(yīng)用場合中所采用的旋轉(zhuǎn)機械對于保障加工過程的整體穩(wěn)健性起著至關(guān)重要的作用，而在這些設(shè)備里，離心泵又是重中之重，它幾乎參與了所有的工藝過程。
各種尺寸大小的離心泵遍布下游工藝應(yīng)用。針對不同的應(yīng)用，已經(jīng)開發(fā)出許多種離心泵配置形式，從單一泵到多級泵，軸向或徑向剖分式，臥式或立式轉(zhuǎn)子。
迄今為止，最常見的形式是臥式泵，它們適用的壓力和溫度范圍廣泛，工作壓力可高達400巴，溫度可高達450℃，而立式泵的應(yīng)用范圍比較有限，主要用在低汽蝕余量的工況和非常低的溫度環(huán)境下。
        技術(shù)法規(guī)和行業(yè)標準
         對于流程工業(yè)泵，（美國石油協(xié)會www.taqang.com）API 610標準和水力協(xié)會準則提供了一系列廣泛而全面的指導(dǎo)方針，從而推動整個泵生產(chǎn)工藝的發(fā)展。這些標準由泵制造商和客戶組成的董事會來制定，涵蓋了從早期設(shè)計到車間制造階段的主要方面。API 610標準已經(jīng)及時得到了修正：用來評估泵效率的標準從以前的效率公差變成了針對整體吸收能力的實際公差。振動極限也做了類似的調(diào)整，反映了客戶和制造商群體日益關(guān)注的問題，即延長泵的使用壽命和提高能效。
金屬材料技術(shù)的發(fā)展很重要。眾所周知，在工作期間，泵會遭受侵蝕和腐蝕，產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。從設(shè)計的角度看來，要獲得令人滿意的機械使用壽命，首先必須確保選用合適的制造材料。材料技術(shù)的發(fā)展始于20世紀50年代，如今已經(jīng)出現(xiàn)了許多能抵御上述現(xiàn)象的優(yōu)秀材料。實際冶金過程對材料的化學(xué)特性具有較高的控制作用，例如雙相鋼（CD4MCU）或沉淀硬化17-4-PH特種鋼常用于制造泵的軸。還有一些其他的例子，比如等離子或激光涂層這類創(chuàng)新工藝可以對套筒表面進行硬化處理，有助于提高耐磨性。計算機有限元分析方法的發(fā)展幫助我們更好地了解各個泵部件內(nèi)部的應(yīng)力場情況。泵技術(shù)不斷朝著性能更佳和運轉(zhuǎn)速度更高的方向發(fā)展，因而極大地推動了泵轉(zhuǎn)子動力學(xué)這一研究領(lǐng)域的發(fā)展。此外，還有一個重要因素，即計算技術(shù)的發(fā)展為業(yè)界提供了足夠強大的計算能力?，F(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機械設(shè)計充分利用了經(jīng)驗優(yōu)勢和專用軟件工具，有助于針對某些機械設(shè)計方面的問題進行細致的評估，如選擇軸承，平衡活塞，確定軸套間隙的大小。所有這些因素以及邊界設(shè)計操作條件結(jié)合在一起確保了轉(zhuǎn)子的最終穩(wěn)定性。
             汽蝕
         汽蝕是另一個眾人皆知的影響離心泵的問題。它是由于流體汽化所造成的，在流體汽化過程中凈壓力會低于蒸氣壓力。下游壓力的恢復(fù)使得蒸汽氣泡突然內(nèi)爆，導(dǎo)致葉輪表明出現(xiàn)凹點。汽蝕可能帶來巨大的影響，使泵的性能逐漸降低，直到徹底失效。過去，專業(yè)的泵操作人員常常通過辨別具有特點的碎石噪音來檢測汽蝕。振動研究的最新進展表明還能利用諧波（FFT）技術(shù)來檢測發(fā)生的汽蝕現(xiàn)象，這樣就能實現(xiàn)自動診斷。解決此問題的傳統(tǒng)方法是在必須汽蝕余量（來源原始設(shè)備制造商）的基礎(chǔ)上留有一定的靜態(tài)安全裕度。一種有效的汽蝕監(jiān)控方法是測量最靠近泵吸入點處的壓力、溫度和流速。然而，以往永久安裝的監(jiān)控系統(tǒng)所用的次數(shù)非常有限，這樣就顯得監(jiān)測系統(tǒng)的成本過高，特別是對于小型泵來說。市場上出現(xiàn)的經(jīng)濟實惠的邏輯控制器已經(jīng)改變了這一狀況，如今即使是小型的離心泵也能從這種控制和監(jiān)測系統(tǒng)中受益。另一項一直對泵技術(shù)改進做出貢獻的因素是測試方法的研發(fā)。先進振動測量系統(tǒng)的商業(yè)可用性使得我們能夠采集大量的數(shù)據(jù)。接近探針和機體速度傳感器使測試工程師能夠?qū)C械振動行為進行詳細的檢查，并找到機械參數(shù)、流量讀數(shù)、性能、FFT頻譜諧波分量和軌道形狀以及一些特殊的干擾現(xiàn)象（如汽蝕或內(nèi)流旋轉(zhuǎn)失速等）之間的相關(guān)性。計算流體力學(xué)的引入也影響了流程泵行業(yè)的發(fā)展。泵流型三維形狀的水力設(shè)計實際上是一項棘手的任務(wù)。隨著計算能力的逐步增強，以及可以利用可靠的設(shè)計程序，離心泵的設(shè)計過程得以持續(xù)完善改進，同時，還能將OEM經(jīng)驗和可靠的仿真預(yù)測結(jié)合起來?，F(xiàn)代CFD（計算流體動力學(xué)）商用程序擁有先進的功能，可以對粘性和無粘性流體建模，提供多種湍流方程以及針對渦輪機旋轉(zhuǎn)區(qū)域的非平穩(wěn)算法。整個設(shè)計回路需要條條路線都閉合，并且通過OEM生產(chǎn)車間的最終機器物理測試，但是如果采用CFD方法就能在較短周轉(zhuǎn)時間內(nèi)實現(xiàn)更好的設(shè)計方案。計算機仿真有利于我們在較短時間內(nèi)根據(jù)客戶規(guī)定的工作條件，針對具體的優(yōu)化目標（F.E.最大效率，汽蝕余量）研發(fā)出水力通道形狀。當(dāng)我們考慮是否能通過集成現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)來制造CFD設(shè)計出的定制液壓零件時，這些科技上的進步就顯得尤為重要。
         控制系統(tǒng)的改進
           如上文所述，化工離心泵廣泛應(yīng)用于石油和天然氣行業(yè)。歐盟的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示能耗的絕大部分來自泵驅(qū)動器應(yīng)用：中低功率范圍總計幾乎達到已安裝的驅(qū)動器功率的總和，消耗了總能量的76％。盡管這方面相當(dāng)重要，但在過去十年，與目前使用非常先進的控制系統(tǒng)的大型泵相比而言，人們較少關(guān)注低功率泵的控制系統(tǒng)。這主要是因為小型泵的收益成本之比較低，而控制系統(tǒng)對于整個泵站成本有著很大的影響。過去的一種冗余做法是安裝多個備用件。這種冗余的方法對于多臺泵的初始安裝成本要求很高，并且在很多時候，如果泵一直工作直到報廢，那么就顯著增加了工作階段的成本。相關(guān)的經(jīng)濟方面的負面影響不會出現(xiàn)在設(shè)備的初始設(shè)計階段，而是出現(xiàn)在工作階段。如今安裝專用的控制系統(tǒng)非常方便，即使對于低功耗/小型泵也是如此：集成VFD系統(tǒng)能節(jié)省大量能源，先進的自動診斷控制系統(tǒng)也有利于顯著減少工作和維護成本（延長正常運行時間和最終的機器壽命）?，F(xiàn)代泵控制系統(tǒng)，如IPC PROTEO，江蘇利工作用現(xiàn)場已安裝的最少數(shù)量的傳感器實現(xiàn)了一個全面的泵自動化控制流程。如今得益于商用PLC系統(tǒng)計算能力的大幅提高，江蘇靖江不銹鋼泵閥總廠可以通過實施績效模型（PBM）來實現(xiàn)這一目標。這些系統(tǒng)不僅能夠執(zhí)行機械控制任務(wù)(公眾號:泵管家)，而且還可以對泵進行保護和自動診斷。與未受監(jiān)控的安裝情況相比，稍高的安裝成本會被降低的維護成本，維修成本和生產(chǎn)停機時間所抵消。
               這類系統(tǒng)的主要特點和優(yōu)勢如下：
● 多變量控制功能：用戶設(shè)置被控制的流程參數(shù)；系統(tǒng)對所有相關(guān)流程參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)測，并自動對需要保護機制干預(yù)的變量實施控制。
● VFD驅(qū)動器：與傳統(tǒng)節(jié)流方法相比，這種驅(qū)動器能大幅降低功率吸收，從而達到更高的能效（甚至提高40％，這取決于具體的條件）。
● 可以利用機械模型的基于性能模型（PBM）來預(yù)測實際工作條件下的預(yù)期性能?，F(xiàn)場測量技術(shù)使我們得以確定實際的性能。預(yù)期性能與實際性能的偏差即可使系統(tǒng)提供自動診斷指征（特別是一些異?，F(xiàn)象，如汽蝕擾動，機械性能退化，變送器故障）并激活相關(guān)防護措施。
                  發(fā)展
      化工耐腐蝕泵的技術(shù)發(fā)展趨勢正在不斷發(fā)展。經(jīng)驗豐富的用戶和泵制造商在涉及國際標準的重要工作領(lǐng)域相互交流。泵技術(shù)的長足進步為業(yè)界帶來許多好處。正如前文所述，CFD是非常有趣的一個發(fā)展領(lǐng)域。目前還在研發(fā)如何在工控機（IPC）中將CFD和CAD/CAM集成，以利于實現(xiàn)創(chuàng)新的高效泵設(shè)計。實際上，通過綜合應(yīng)用這些方法，將有可能實現(xiàn)為每個具體的泵實例提供最優(yōu)化的定制設(shè)計方案。與傳統(tǒng)的根據(jù)產(chǎn)品一覽表來挑選泵的方法不同，這種定制設(shè)計過程不僅能達到最高的設(shè)計效率，而且能獲得上述討論的所有好處?；谛阅苣Ｐ停≒MB）的新控制系統(tǒng)和自動診斷軟件算法（例如PROTEO）一旦與液壓領(lǐng)域的這些先進技術(shù)相結(jié)合，那么將有望獲得本文提及的其他好處。VFD驅(qū)動器能更好地管理工作時功率，將它與基于性能模型的控制系統(tǒng)集成在一起，就能實現(xiàn)節(jié)能，減少維護費用，并使正常運行時間最大化。新一代化工耐腐蝕離心泵成功工作的關(guān)鍵因素就在于綜合應(yīng)用利工泵閥論述的這些方法。