海水提升泵-海水系統(tǒng)

1、一、泵的基礎(chǔ)知識(shí)1、泵定義：泵是受電動(dòng)機(jī)控制，驅(qū)使介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，是將電動(dòng)機(jī)輸出的能量轉(zhuǎn)換為介質(zhì)壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。圖1 離心泵結(jié)構(gòu)剖面圖2、 泵的分類：、 按照工作原理和結(jié)構(gòu)，泵可分為葉片式泵、容積式泵及其它類型泵。、根據(jù)介質(zhì)分：清水泵、污水（污物）泵、油泵、耐腐蝕泵、襯氟泵、排污泵等。、 從使用安裝方式分：管道泵、液下泵、潛水泵等。3、 離心泵：3.1離心泵的工作原理：離心泵一般由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，在啟動(dòng)泵前，泵體及吸入管路內(nèi)充滿液體。當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪帶動(dòng)葉片間的液體一道旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣（流速可增大至1525m/s），動(dòng)能也隨之增加。當(dāng)液體進(jìn)入泵殼后，由于蝸

2、殼形泵殼中的流道逐漸擴(kuò)大，液體流速逐漸降低，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較高的壓強(qiáng)沿排出口流出。與此同時(shí)，葉輪中心處由于液體被甩出而形成一定的真空，而液面處的壓強(qiáng)Pa比葉輪中心處要高，因此，吸入管路的液體在壓差作用下進(jìn)入泵內(nèi)。葉輪不停旋轉(zhuǎn)，液體也連續(xù)不斷的被吸入和壓出。離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提到相應(yīng)高處的，故稱離心泵。圖2 離心泵工作原理3.2 離心泵的種類3.2.1、按葉輪數(shù)目來分類：、單級(jí)泵：即在泵軸上只有一個(gè)葉輪；、多級(jí)泵：即在泵軸上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪，這時(shí)泵的總揚(yáng)程為n個(gè)葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程之和；3.2.2、按工作壓力來分：、低壓泵：壓力低于100

3、米水柱；、中壓泵：壓力在100-650米水柱之間；、高壓泵：壓力高于650米水柱。3.2.3、按照葉輪吸入方式來分類：、單側(cè)進(jìn)水式泵：又叫單吸泵，即葉輪上只有一個(gè)進(jìn)水口；、雙側(cè)進(jìn)水式泵：又叫雙吸泵，即葉輪兩側(cè)都有一個(gè)進(jìn)水口，它的流量比單吸式泵大一倍，可以近似看做是兩個(gè)單吸泵葉輪背靠背地放在了一起；3.2.4、按泵軸位置來分類：、臥式泵：泵軸位于水平位置；、立式泵：泵軸位于垂直位置；3.3 離心泵的“氣縛現(xiàn)象 如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動(dòng)前要用外來的液體將泵

4、殼內(nèi)空間灌滿。3.4 離心泵的參數(shù)流量Q（m3/h，L/h）；揚(yáng)程H（m）；允許氣蝕余量hr（m）；轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)/min），軸功率N和效率。這類泵結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕、可以輸送溫度不超過80的清水及物理性能化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體。3.4.1、氣蝕余量：泵在工作時(shí)液體在葉輪的進(jìn)口處因一定真空壓力下會(huì)產(chǎn)生液體汽體，汽化的氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下葉輪等金屬表面產(chǎn)生剝落，從而破壞葉輪等金屬，此時(shí)真空壓力叫汽化壓力，氣蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。對(duì)于泵而言，能量增量主要體現(xiàn)在壓力能增加上，換算到基準(zhǔn)面上的米液柱值。泵氣蝕余量是由泵廠確定的。單位為米液柱，用（NPSH）

5、r表示。由泵廠根據(jù)試驗(yàn)確定的汽蝕余量（以米液柱計(jì)）。用NPSHr表示。單位是：m。泵汽蝕余量是由泵本身的特性決定的，是表示泵本身抗汽蝕性能的參數(shù)。欲提高泵本身的抗汽蝕性能，必須盡量降低汽蝕余量。、必需氣蝕余量即氣蝕余量，又稱為吸程（NPSH）r即：水泵進(jìn)口處的壓強(qiáng)和水泵內(nèi)里面壓強(qiáng)最低處的差值，為P水泵進(jìn)口-P最低。是一種規(guī)定值，如同水泵的流量揚(yáng)程一樣，這個(gè)數(shù)值越小越好。是個(gè)廠家參數(shù)。單位用米。吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓-氣蝕余量-管道損失-安全量 例：某泵氣蝕余量為4.0米，求吸程h 則：h=10.33-4.0-H-0.5=5.83米、有效氣蝕余量又稱裝置氣蝕余量：水泵進(jìn)口處的壓強(qiáng)和水泵發(fā)生氣蝕的臨界壓

6、強(qiáng)的差值NPSHa，P水泵進(jìn)口- P氣蝕臨界，是個(gè)用戶參數(shù)。要想不發(fā)生氣蝕，必須NPSHa > NPSHr。即P水泵進(jìn)口- P氣蝕臨界>P水泵進(jìn)口-P最低。即，P最低>P氣蝕臨界，這當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)生氣蝕了。、泵發(fā)生汽蝕的條件是由泵本身和吸入裝置兩方面決定的。因此，研究汽蝕發(fā)生的條件，應(yīng)從泵本身和吸入裝置雙方來考慮，泵汽蝕的基本關(guān)系式為*：（NPSH）c （NPSH）r NPSH (NPSH)a(  V6 x) 6 |4 M7 yNPSH)a=(NPSH)r或(NPSHc)：泵開始汽蝕，此時(shí)，這兩個(gè)值是相等的。5 w9 k$ c8 q8 I; V! f&qu

7、ot; M. v6 ' M  |/ Y8 j+ R7 y+ V! Q式中：（NPSH）a裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕；' g4 |  m+ u0 i（NPSH）r泵汽蝕余量，又叫必需的汽蝕余量或泵進(jìn)口動(dòng)壓降，越小抗汽蝕性能越好；(NPSHc)臨界汽蝕余量，就是泵在發(fā)生氣蝕那一瞬間的氣蝕余量；! Q5 n  L9 Q" qNPSH許用汽蝕余量，是確定泵使用條件用的汽蝕余量，通常取NPSH=（1.11.5）NPSHc。3.4.2、軸功率N：泵在一定流量和揚(yáng)程下，電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)給予泵軸的功稱為軸功

8、率。軸將動(dòng)力（電機(jī)功率）傳給功部件（葉輪）的功率。功率值小于電機(jī)額定功率。3.4.3、效率：水泵的輸出功率與輸入功率的比值。3.5 海水提升泵3.5.1、長軸深井泵：、海上平臺(tái)使用的長軸海水提升泵通常是多級(jí)離心泵，其軸長達(dá)20-30m，長軸泵的缺點(diǎn)是軸長，檢修時(shí)需要將軸一節(jié)一節(jié)地提到平臺(tái)甲板上，軸的聯(lián)結(jié)與固定比較麻煩。、立式電機(jī)置于泵座頂端，通過分段的長軸將葉輪浸入介質(zhì)中。、多數(shù)是一個(gè)立式單吸離心泵，其葉輪裝在井中動(dòng)水位以下，動(dòng)力機(jī)設(shè)置在井上，通過傳動(dòng)長軸驅(qū)動(dòng)葉輪在導(dǎo)流殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，水流沿導(dǎo)流殼與葉輪之間的流道，經(jīng)輸水管向上提升到地面。揚(yáng)程高時(shí)可采用多個(gè)葉輪串聯(lián)的多級(jí)離心泵。由于傳動(dòng)長軸的制造和安

9、裝精度要求較高，效率隨井深的增加而顯著降低，因而一般只用于不超過100米的深井。3.5.2、電潛泵（電動(dòng)潛油離心泵）：、是一種在井下工作的多級(jí)離心泵，由于電潛泵沒有長軸，不會(huì)出現(xiàn)長軸深井泵出現(xiàn)的問題，在海上石油平臺(tái)已廣泛使用，對(duì)電機(jī)功率在幾十千瓦的泵尤為合適；圖3 電潛泵結(jié)構(gòu)圖、 電潛泵組成：（）、井下部分：主要是電潛泵的機(jī)組，它由多級(jí)離心泵、保護(hù)器和潛油電動(dòng)機(jī)三部分組成，起著抽油的主要作用。（）、地面部分：由變壓器組、自動(dòng)控制臺(tái)及輔助設(shè)備（電纜滾筒、導(dǎo)向輪、井口支座和掛墊等）組成。（）、中間部分：由電纜和油管組成，將電流從地面部分傳送給井下部分，采用的是特殊結(jié)構(gòu)的電纜。在油井中利用鋼帶將電纜

10、和油管柱泵、保護(hù)器外殼固定在一起。、電潛泵優(yōu)點(diǎn)：電潛泵(ESP)采油工藝具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、效率高、排量大、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于非自噴高產(chǎn)井、高含水井和海上油田。統(tǒng)計(jì)資料顯示，電潛泵的平均產(chǎn)液量是傳統(tǒng)桿式泵的2倍以上。百勤引進(jìn)國外先進(jìn)的電潛泵系統(tǒng)，應(yīng)用于超深下入，高排量開采具有高可靠性、耐高溫高壓、自動(dòng)化程度高、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。3.5.3、長軸深井泵和電潛泵外觀主要區(qū)別：長軸深井泵的電機(jī)在泵的上端、而電潛泵的電機(jī)在泵的下端（這個(gè)區(qū)別有助于我們從PID中辨識(shí)泵的種類）。3.5.4、為了使泵的葉輪在任何時(shí)候都浸沒在水下，因此泵的葉輪應(yīng)在最低天文潮位時(shí)，位于最大波高的波谷以下，浸入深度以1m

11、或大于1m以下。7贊同二、泵的選型泵選型依據(jù)，應(yīng)根據(jù)工藝流程，給排水要求，從五個(gè)方面加以考慮，既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。 1流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一，它直接關(guān)系到整個(gè)裝置的的生產(chǎn)能力和輸送能力。如設(shè)計(jì)院工藝設(shè)計(jì)中能算出泵正常、最小、最大三種流量。選擇泵時(shí)，以最大流量為依據(jù)，兼顧正常流量，在沒有最大流量時(shí)，通?？扇≌Ａ髁康?.1倍作為最大流量。 2裝置系統(tǒng)所需的揚(yáng)程是選泵的又一重要性能數(shù)據(jù)，一般要用放大5%10%余量后揚(yáng)程來選型。 3液體性質(zhì)，包括液體介質(zhì)名稱，物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)和其它性質(zhì)，物理性質(zhì)有溫度c密度d，粘度u，介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等

12、，這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程，有效氣蝕余量計(jì)算和合適泵的類型：化學(xué)性質(zhì)，主要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據(jù)。 4 裝置系統(tǒng)的管路布置條件指的是送液高度送液距離送液走向，吸如側(cè)最低液面，排出側(cè)最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長度、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等，以便進(jìn)行系統(tǒng)揚(yáng)程計(jì)算和汽蝕余量的校核。 5 操作條件的內(nèi)容很多，如液體的操作T飽和蒸汽力P、吸入側(cè)壓力PS（絕對(duì)）、排出側(cè)容器壓力PZ、海拔高度、環(huán)境溫度操作是間隙的還是連續(xù)的、泵的位置是固定的還是可移的。三、選泵的具體操作根據(jù)泵選型原則和選型基本條件，具體操作如下： 1根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運(yùn)轉(zhuǎn)條

13、件，確定選擇臥式、立式和其它型式(管道式、潛水式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式等)的泵。 2根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì)，確定清水泵，熱水泵還是油泵、化工泵或耐腐蝕泵或雜質(zhì)泵，或者采用無堵塞泵。安裝在爆炸區(qū)域的泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級(jí)，采用相應(yīng)的防爆電動(dòng)機(jī)。 3根據(jù)流量大小，確定選單吸泵還是雙吸泵；根據(jù)揚(yáng)程高低，選單級(jí)泵還是多級(jí)泵，高轉(zhuǎn)速泵還是低轉(zhuǎn)速泵(空調(diào)泵)、多級(jí)泵效率比單級(jí)泵低，如選單級(jí)泵和多級(jí)泵同樣都能用時(shí)，首先選用單級(jí)泵。 4確定泵的具體型號(hào) 確定選用什么系列的泵后，就可按最大流量，(在沒有最大流量時(shí)，通?？扇≌Ａ髁康?.1倍作為最大流量)，取放大5%10%余量后的揚(yáng)程這兩個(gè)性能的主要參數(shù)，

14、在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號(hào)。操作如下： 利用泵特性曲線，在橫坐標(biāo)上找到所需流量值，在縱坐標(biāo)上找到所需揚(yáng)程值，從兩值分別向上和向右引垂線或水平線，兩線交點(diǎn)正好落在特性曲線上，則該泵就是要選的泵，但是這種理想情況一般很少，通常會(huì)碰上下列兩種情況： 第一種：交點(diǎn)在特性曲線上方，這說明流量滿足要求，但揚(yáng)程不夠，此時(shí)，若揚(yáng)程相差不多，或相差5%左右，仍可選用，若揚(yáng)程相差很多，則選揚(yáng)程較大的泵。或設(shè)法減小管路阻力損失。 第二種：交點(diǎn)在特性曲線下方，在泵特性曲線扇狀梯形范圍內(nèi) ，就初步定下此型號(hào)，然后根據(jù)揚(yáng)程相差多少，來決定是否切割葉輪直徑， 若揚(yáng)程相差很小，就不切割，若揚(yáng)程相差很大，就按所需Q

15、、H、，根據(jù)其ns和切割公式，切割葉輪直徑，若交點(diǎn)不落在扇狀梯形范圍內(nèi)，應(yīng)選揚(yáng)程較小的泵。選泵時(shí)，有時(shí)須考慮生產(chǎn)工藝要求，選用不同形狀Q-H特性曲線。 5泵型號(hào)確定后，對(duì)水泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的泵，需再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上，根據(jù)該型號(hào)性能表或性能曲線進(jìn)行校改，看正常工作點(diǎn)是否落在該泵優(yōu)先工作區(qū)？有效NPSH是否大于（NPSH）。也可反過來以NPSH校改幾何安裝高度？ 6對(duì)于輸送粘度大于20mm2/s的液體泵（或密度大于1000kg/m3），一定要把以水實(shí)驗(yàn)泵特性曲線換算成該粘度（或者該密度下）的性能曲線，特別要對(duì)吸入性能和輸入功率進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算或較核。 7確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率： a、對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，一般只用一臺(tái)，因?yàn)橐慌_(tái)大泵與并聯(lián)工作的兩臺(tái)小泵相當(dāng)，（指揚(yáng)程、流量相同），大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺(tái)大泵，而不用兩臺(tái)小泵，但遇有下列情況時(shí)，