利用压力罐对离心泵流量进行控制

赵 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

利用压力罐对离心泵流量进行控制

赵 明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

离心泵常用的控制方式有两种，即节流控制和变速控制。当离心泵下游用户全部为间歇用户或即使有连续用户但物料用量较少时，上述两种方法均不再适用。以海上某石油平台淡水泵的控制为例，通过在泵出口设置压力罐，使下游用户依靠压力罐补给物料的方式，既节能又延长泵的使用寿命。

离心泵；流量控制；压力罐；密封气

1 问题的提出

通常，离心泵的控制方式主要有两种，即节流控制和变频控制[1-3]。节流调节是通过调节设置在泵出口管线或回流管线上调节阀的开度调整泵的供给量的控制方式，其实质是通过改变管路特性曲线实现对外输量的调节控制[4，5]。变速调节是通过改变泵叶轮的转速调整外输流量的控制方式，其实质是通过改变泵的特性曲线实现对流量的调节控制。文献也对两种方案的优缺点进行了分析比较[6-10]。当离心泵下游为间歇用户或即使有连续用户但物料用量较少时，应用节流控制能耗较高，而且泵容易产生气蚀、振动或机械故障[11，12]，变速控制又不能满足要求。

如在海洋某石油平台淡水系统设计过程中，淡水用户（见表1）。

表1 淡水用户汇总

项目拟采用的离心泵流量为10 m3/h。如果考虑节流调节，则调节阀无论设在泵出口管线还是回流管线，当下游用户无用水量时，经泵淡水将全部回流，泵实际为“空转”，不仅消耗电能，而且影响泵的使用寿命。同时变频也不适用于本工况调节。

2 压力罐控制流程简述

项目中采用了在淡水泵出口设置压力罐，由罐的操作压力控制泵启停的控制方式，具体方案（见图1）。

图1 淡水系统离心泵控制方式示意图

本方案的具体控制过程及原理为：罐初次投用时，首先在压力罐内预充入一定量的气体，然后启动泵向罐内充水，随着充水量的增加，罐内气体被压缩，罐体操作压力逐渐升高。当操作压力达到罐体设定值（OFF）时充水结束。下游用户有用水需求时，首先由压力水罐为用户供水。随着罐内水位下降，罐体操作压力逐渐降低，当其值降到设定值（ON）时，压力水泵再次启动。如果下游淡水用量与泵的额定流量相等，则由淡水泵直接为用户供水；如果下游用量小于泵的额定流量，则泵除为下游用户供水外，“多余”的淡水进入压力罐储水，压力水罐操作压力再次达到设定值（OFF）时泵停止供水，这就是一次完整的“充水-用水”过程。

3 控制参数的设定

利用压力罐的操作压力对泵的启停进行控制时，密封气的选择、压力罐操作压力及充气量的设置、罐容、泵的设备参数对生产操作的安全性、稳定性、设备投资等有重要影响。

3.1 密封气的选择

利用压力水罐对泵的启停进行控制不仅适用于淡水等非可燃液体，同时也适用于可燃液体。密封气的选择主要考虑泵输介质类型。当输送介质为可燃液体时，为避免挥发气体与密封气混合后发生闪燃或爆炸，建议采用N2等惰性组分。另外，即使外输介质为水等不可燃性介质，也要考虑非正常工况下下游可燃气体是否有通过“串气”到达压力罐的可能性，如果有，密封气也应采用惰性气。

3.2 压力罐的操作压力及充气量

压力罐的操作压力信号除控制离心泵的启停外，还影响压力罐的有效容积，因此该值设定是否合理对控制系统运行效果及投资成本控制有一定影响。

一般而言，泵的启动信号（ON值）不应低于下游用户最低进料压力，停泵信号（OFF值）不应高于下游用户最高允许进料压力。同时也应考虑ON～OFF的范围，该压力范围越大，压力罐罐容的有效利用率越高，反之越低。同时还要结合相关规范[13]提出的报警值需满足操作人员反应时间的要求。

3.3 罐容

压力罐的罐容取的过大不仅占地大、而且浪费设备投资，而罐容取的过小会造成离心泵频繁启停，对泵的使用寿命造成影响。文献[14]建议将泵的启停次数控制在不大于6次/小时。本文建议在充分考虑泵的启停次数及下游用户物料用量的基础上确定罐容。

3.4 泵参数

泵的扬程满足压力罐补充物料的需求即可。泵的流量选择应考虑下游用户的具体需求确定。如果下游用户均为间歇用户，可以考虑最大物料用量用户为泵的流量，如果下游有同时使用的间歇用户且流量需求之和大于最大用户，建议取同时使用的用户用量作为泵的流量。

4 结论

本文以淡水泵控制方式为例，提出了利用压力罐对离心泵进行控制的方案。整个过程中，离心泵间歇运行，避免了泵的“空转”问题，不仅达到了节能的目的，而且对延长泵的使用寿命也不无裨益。

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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

赵明，男（1977-），工程师，主要从事LNG、油气田、炼油装置设计和设计管理工作，邮箱：zhaoming1@mail.cooec.com.cn。