如何最小生命周期成本？?jī)?yōu)化泵管道系統(tǒng)配置需要考慮的幾個(gè)因素

在優(yōu)化泵送系統(tǒng)時(shí)，管道和其他終端設(shè)備與泵本身同樣重要。這里分享如何優(yōu)化管道系統(tǒng)的配置，以最小化生命周期成本。

第一，選擇合適的管道直徑。

在確定管道規(guī)格尺寸時(shí)，成本因素至關(guān)重要。盡管口徑較小的管道成本較低，但因介質(zhì)流速增加而產(chǎn)生的較高摩擦和總體揚(yáng)程損失明顯較大。因此，具有較小管道的系統(tǒng)可能需要更多的功率，甚至需要更大的泵，并且這些能源成本將在系統(tǒng)的整個(gè)壽命期內(nèi)不斷累積。

另一方面，口徑較大的管道具有較高的材料和安裝成本，但摩擦損失通常較低。為了優(yōu)化管道系統(tǒng)，確保同時(shí)考慮初始成本和使用較小直徑所需的額外能源。需要準(zhǔn)確計(jì)算與復(fù)雜系統(tǒng)所需的各種管道尺寸相關(guān)的生命周期成本。

第二，將管道內(nèi)壓力降至最低。

不良的流體剖面會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)不勻速，并增加泵送系統(tǒng)內(nèi)的能源成本。然而實(shí)際上，由于物理空間限制，往往妨礙理想的管道系統(tǒng)布局。在這種情況下，需要配置平滑的彎頭和膨脹節(jié)。此外，保持管道盡可能筆直。在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時(shí)，安裝閥門(mén)和系統(tǒng)組件需要與管路保持一致。

第三，選擇水力低損失零件。

一般來(lái)說(shuō)，在整個(gè)服務(wù)中的需求是有限的，設(shè)計(jì)者通常會(huì)以效率換取前期成本。以截止閥為例，工程師們喜歡它們，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且便宜，但通過(guò)截止閥的流體具有相對(duì)較高的摩擦系數(shù)。更換不同類型的閥門(mén)可以減少這些損失和泵送系統(tǒng)的整個(gè)生命周期成本，因此需要確定好不同類型閥門(mén)和其他配件典型阻力系數(shù)。

第四，選擇適合的閥門(mén)規(guī)格。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通常會(huì)增加安全裕度和選型偏大的泵型，以納入安全裕量，去解決實(shí)際泵性能、管道結(jié)垢以及未來(lái)系統(tǒng)升級(jí)需求等未知問(wèn)題。這種安全裕度通常會(huì)導(dǎo)致工程師選定閥門(mén)上的壓降大于必要值。結(jié)果是閥門(mén)尺寸過(guò)小，能量或摩擦損失高。當(dāng)選定閥門(mén)處理最大系統(tǒng)流量時(shí)也是如此。在典型的操作條件下，比正常流量大得多的流量設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)的壓降過(guò)大。

第五，均勻的流量。

葉片泵在均勻的入口流量條件下運(yùn)行最為高效。這使流體從泵的吸入口到葉輪入口的過(guò)渡變得平滑，然后葉輪入口通過(guò)將流體沿葉片加速，將能量傳遞給流體。如果流動(dòng)不均勻，將影響能量的平穩(wěn)傳遞。不均勻的流動(dòng)也可能導(dǎo)致振動(dòng)，從而縮短泵的壽命，削弱管道焊縫、機(jī)械接頭和支架。在設(shè)計(jì)新的泵送系統(tǒng)時(shí)，在泵吸入口的上端，設(shè)置盡可能多的直管。對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)，小口徑彎頭和閥門(mén)離吸入口越近，就越有可能產(chǎn)生高度湍流，從而降低泵的性能。當(dāng)泵的吸入壓力低且速度高時(shí)，就需要特別重視。

上圖顯示了直接安裝在雙吸泵吸入口上的小口徑彎頭的流動(dòng)分離和湍流區(qū)。如果需要在吸入口的上游安裝彎頭，請(qǐng)考慮將其轉(zhuǎn)換為大口徑彎頭或?qū)Я餮b置，以平滑過(guò)渡到泵中。只要導(dǎo)流裝置的壓降不超過(guò)必要的NPSH余量，就可以很好地工作。

第六，防止空氣和蒸汽滯留。

空氣或蒸汽滯留是系統(tǒng)布局或配件選擇不當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。當(dāng)泵送系統(tǒng)沒(méi)有恒定的上升斜率或在高點(diǎn)處沒(méi)有空氣釋放閥時(shí)，會(huì)發(fā)生空氣或蒸汽的收集。當(dāng)這種情況發(fā)生在泵的下游時(shí)，空氣或蒸汽會(huì)減少管道內(nèi)的有效液體流動(dòng)面積，從而產(chǎn)生類似于部分關(guān)閉閥門(mén)的節(jié)流效果。對(duì)于泵上游的管道，氣穴可能會(huì)導(dǎo)致壓力脈動(dòng)，從而降低泵的性能。如果空間允許，使用偏心異徑管和足夠長(zhǎng)的直管連接泵吸入口。

第七，預(yù)防旋渦產(chǎn)生。

當(dāng)液位下降得太接近泵的吸入口或浸入式吸入管道時(shí)，儲(chǔ)罐和濕井中都會(huì)出現(xiàn)自由表面旋渦。當(dāng)出現(xiàn)自由表面渦流時(shí)（見(jiàn)下圖），空氣將進(jìn)入泵內(nèi)。這可能會(huì)導(dǎo)致吸入揚(yáng)程損失并降低泵的性能。在嚴(yán)重的情況下，泵可能會(huì)損壞。由于大多數(shù)離心泵不是自吸式或潛水式，維修人員必須手動(dòng)加注、重新啟動(dòng)和排空泵。此外，過(guò)多的空氣會(huì)損壞機(jī)械密封、填料和葉輪磨損環(huán)。使用簡(jiǎn)單的傳感器或使用自動(dòng)水位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水位將確保泵或吸入管道具有足夠的浸沒(méi)深度。

第八，管道支撐。

在設(shè)備安裝過(guò)程中，泵及其連接管道很少完全對(duì)齊。為了適應(yīng)這種情況，安裝人員或維修人員采取手動(dòng)機(jī)械校正。如果校正程度很大，這種機(jī)械管道應(yīng)變力會(huì)將泵拉離對(duì)齊位置，縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性故障。為了防止這種情況發(fā)生，應(yīng)使用管錨和吊架適當(dāng)?shù)刂魏图s束泵周圍的管道。這也減少了振動(dòng)并延長(zhǎng)了泵的使用壽命。