并联运行是指两台或多台泵从同一吸入集管吸入液体并将液体输送到同一排出集管中。理论上,如果两台泵及其管道设计相同,它们应该以大致相同的流量泵送。然而,管道、泵性能和内部磨损的差异往往会导致并联运行的泵流量上的差异。
离心泵不加区分的并联运行可能会导致严重的流量不平衡,从而导致泵的振动、脉动、过热和故障。
泵用户在并联运行泵之前,应始终确认泵的性能相似。单独的流量计有助于确保泵在并联布置时以安全流量运行。一组泵的总流量计是比较常见的。
在一个案例中,两台离心泵 - 9级,125 hp立式涡轮泵 - 并排安装。他们将从压缩机站上游收集到的管道液体转移到另一条管道中。这些泵从未打算并联运行。通常情况下,其中一台泵可以处理到达泵站的所有液体。
泵运行一段时间后,工作人员发现一台泵不足以处理所有液体。操作人员有时不得不关闭这些泵下游的压缩机,因为液体携带造成损坏的风险很高。出于这个原因,设施人员决定同时运行两台泵,以处理异常情况。
从纸面上看,这些泵看起来是相同的,因此工作人员认为并联运行将产生一个平衡的流量状况。然而,该团队知道,由于内部磨损、泵结构的细微差异、流程工况的变化和其它因素,其中一台或两台都可能在不安全的工况下运行。因此,只有当每台泵都有流量测量装置时,工作人员才允许并行运行。
为了正确保护泵,团队需要安装单独的流量计。工作人员考虑了不同的泵流量测量选项,包括孔板流量计,紧凑型的流量计(如Annubar流量计),以及使用电机功率和泵差压计算流量。
由于成本较低且对现场影响最小,该团队选择了使用电机功率和泵压差计算流量的选项。由于已经安装了数字压力变送器,并且可以使用本地可编程逻辑控制器(PLC),因此团队所需要的只是本地功率表来估计泵流量。
图1:两台9级125 hp立式涡轮泵中的其中1台,额定流量为350 gpm,转速为3,550 rpm(图片由Enterprise Products提供)
公式1:
式中,
Q = 流量(gpm)
Pd = 出口压力(psi)
Ps = 进口压力(psi)
ηp = 泵效率
ηm = 电机效率
kW = 来自电动机的真正功率
该团队开始使用公式1进行分析,该公式是为了近似计算现场离心泵的效率而开发的。该公式可以确定电机驱动离心泵在流程工况下的效率。该公式不需要流体的比重,这在不知道泵送液体的比重时很有用。
公式2:
公式1重新排列产生了公式2,操作人员可以使用电机上的千瓦负荷、电机效率和泵的压差来估计泵的理想流量。理想的流量是具有100% 效率的泵的预期流量。为了获得实际的泵流量,必须推导出一个将理想泵流量与估计泵流量联系起来的公式(方程)。
为了在现场进行完整的流量计算,示例中的操作员需要一个功率表来提供电动机驱动器的真实功率、泵的吸入和排出压力变送器以及一个PLC来进行计算。
PLC使用公式2计算理想流量,然后使用最佳拟合曲线方程来估计泵流量。如果估计流量低于最小流量值,PLC将返回一个低流量读数并关闭其中一台泵。如果估计流量高于最大值,PLC将返回一个高流量读数并启动其中一台泵。
初步结果促使该团队继续他们的计划,将这种新的泵流量算法嵌入到整个泵控制方案中。由于理想流量到估计流量的方程会随着泵的退化而变化,因此必须制定长期策略来处理校准误差和内部磨损。该团队将继续寻找机会,使用泵流量算法来代替传统的流量计,以保护泵在并联运行时的安全。