液化石油气灌瓶站叶片泵振动及噪声过大原因分析与解决.doc

液化石油气灌瓶站叶片泵振动及噪声过大原因分析与解决摘要：分析了液化石油气灌瓶站叶片泵振动及噪声过大问题的原因，并提出了解决办法。关键词：叶片泵；振动；噪声；气蚀0引言某液化石油气灌瓶站自1998年扩建灌装台以来，采用的CORKEN-1021液化石油气叶片泵及其连接管道一直超常振动，并引起较大噪音。泵叶片磨损加快，大修周期由三年缩短为一年半。泵及管道的现状工艺流程见图1，图中7号、8号贮罐为一组，9号、10号贮罐为一组，轮流为泵供液。两安全回流阀设定压差分别为0.55MPa、0.6MPa。本文力求在不改变工艺管道，不影响正常生产的前提下，探索最简便的改造方法。 1泵的安装与性能参数CORKEN-1021属容积式叶片泵，也称转子泵，叶片在离心作用下，向外滑出贴靠定子的复合曲面，周期地将液体吸入、压缩和排出。该泵说明书的安装要求与实际安装情况见表1： 泵说明书给出了泵转速n=420r/min、520r/min、640r/min、780r/min、950r/min时流量Q与进出口压差P关系曲线、流量Q与电机功率N关系曲线。其中780r/min时的曲线如图2所示。 2压力损失及泵压差一般情况下，LPG中丙烷重量组份为48%，正丁烷重量组份为52%。该地LPG液相的温度一般处于450，全年大部分时间处于20，为计算方便，本文取20。该温度下的LPG各参数如下：液态密度：538.66kg/m3动力粘度：0.13910-3Pas饱和蒸气绝压：0.55MPa2.1灌装台流量以常用的一台10工位及一台6工位灌装转盘计算，每分钟灌装16瓶14.5kg钢瓶，流量的计算如下：Q=(10+6)14.560/538.66=25.8m3/h2.2进口管道的压力损失附加压力：贮罐最低液面比泵高出2.5m，由此引起的附加压力计算如下：Highi=538.669.8(-2.2)=-0.012MPa摩擦阻力损失按城镇燃气设计规范GB50028，液态液化石油气管道摩擦阻力损失，应按下式计算： 式中P管道摩擦阻力损失(MPa)；L管道计算长度(m)；u液态液化石油气在管道中的平均流速(m/s)；d管道内径(m)平均输送温度下的液态液化石油气密度(kg/m3)；管道摩擦阻力系数式中K管壁内表面当量绝对粗糙度，对钢管取0.2mm；Re雷诺数。根据公式(1)、(2)，计算得进口管道摩擦阻力损失Pi0.014MPa进口管道总压力损失Piz=Pi+Hi=0.002MPa2.3出口管道的压力损失附加压力：灌装台比泵高出3.5m，由此引起的附加压力计算如下：Hogho=538.669.83.5=0.018MPa摩擦阻力损失计算公式同公式(1)，泵出口至灌装台主立管末端的摩擦阻力损失为Po=0.032MPa。出口管道总压损Poz=Po+Ho=0.05MPa2.4泵需提供的压差因灌装台要求压差(灌装台主立管末端压力-贮罐压力)为0.5MPa，泵需提供的压差计算如下：PPizPoz0.50.0020.050.50.552MPa以同样的方法，计算得只开一台10工位转盘及设计值Q=32.5m3/h的各组参数，汇总如表一所示：3工况分析3.1泵的实际流量在10+6工位全开的时候，手动回流阀关闭，实际记录得泵出口压力为1.15MPa，灌装台主立管末端的压力为0.95MPa。泵进出口压差为1.15-(0.55-0.1)0.7MPa，查泵的理论性能曲线，得此时的泵流量泵出口流量Q29.4m3/h，其中灌装台为25.8m3/h，回流量为3.6m3/h，设定压差为0.55MPa的安全回流阀处于开启状态。计算得安全回流阀至灌装台主立管末端的总压力降为0.046MPa，即安全回流阀后压力为1.046MPa，因此泵出口至安全回流阀的压降为0.204MPa，减去管道阻力损失0.006MPa，得安全回流阀前后压降为0.198MPa。经过多次观察与记录，泵出口至灌装台主立管末端压差始终在0.20.3MPa之间，这是因为安全回流阀频繁启闭开启，阀瓣与阀座磨损，后期产生严重内漏，引至安全回流阀前后压降增大。气蚀情况分析Q=29.4m3/h时，泵进口管道的摩擦阻力损失：Pi0.019MPa，总压力降Piz=0.007MPa。假定温度不变，则泵入口液体压力小于饱和蒸汽压力，有部分液体处于气化与非气化的临界状态，有少量气蚀现象。泵的性能泵出口压力为1.15MPa，提供的压差为0.7MPa，查泵的性能曲线(n780r/min)，电机功率为13.4kW。工况分析泵出口流量Q29.4m3/h，其中灌装台为25.8m3/h，回流阀流量为3.6m3/h。有约12%流量通过回流阀回流，不但造成电能浪费，也使泵进口管道的摩擦阻力损失增大，贮罐液面比泵高产生的附加压力不足以抵消摩擦阻力损失，泵入口处的液体压力小于饱和蒸汽压力，部分液体处于气化与非气化的状态，产生气泡，堵塞流道，使泵内液体流动的连续性遭到破坏，流量、扬程波动，效率下降，严重时液体中断，泵强烈振动，转子与泵体发生磨损。当灌装台处于不均匀工作时，泵出口压力产生波动。在小流量情况下，泵的进出口压差较大，查泵的性能曲线(n780r/min)，Q=27.6m3/h时，压差即达0.827MPa，流量若继续减少，则泵进出口压差更大。安全回流阀设定压差为0.55MPa，远小于泵的压差，导致安全回流阀频繁启闭，产生水击现象，从而产生振动和噪声，另外，泵在频繁改变的流量工况下运行也易产生振动和噪声。由以上分析可知，泵入口管道、回流阀、平衡气相管未按说明书安装均不是引起振动及噪声的主要因素。为避免气蚀和能量损耗，需使泵的性能与实际灌装量相匹配，并尽可能减少回流，安全回流阀不应长期处于开启状态，其设定压差应不小于泵的正常压差。泵的性能与泵转速相关，可通过调节泵转速来满足实际工况需要。在Q=25.8m3/h时，泵应提供的进出口压差0.552MPa，以P0.552MPa查泵转速为780r/min时的曲线，得Q31.4m3/h，N=11.1kW，流量超出灌装量，回流5.6m3/h，不符合使用要求；再查泵转速为640r/min时的曲线，得Q22.9m3/h，N=9.3kW，流量不能满足灌装量25.8m3/h的要求。为此，需求出对应P0.552MPa，Q25.8m3/h的泵转速，此时即为最佳工况点。由泵的性能曲线可知，QP，QN均成直线关系，将其拟合为直线关系式：n=640r/min：Q=-15.3P+31.3，N=12.8P+2.2n=780r/min：Q=-13.8P+39，N15.5P+2.6用插值法可得各理论转速时的关系式，经计算，转速690r/min时的性能满足要求，此时P0.552MPa，Q25.9m3/h，N=9.9kW。690r/min时的拟合关系式如下：n=690r/min：Q=-14.7P+34.1，N13.8P+2.3同样算得对应P0.527MPa，Q16.2m3/h的泵转速为490r/min。各种泵转速n=420r/min、490r/min、640r/min、690r/min、780r/min时的拟合QP，QN关系曲线分别见图4、图5。4改造措施与效益利用原有的电机变频装置，按10+6工位和10工位两种常用状况将泵转速调至690r/min和490r/min，将安全回流阀压差调至0.6MPa和0.65MPa，振动和噪声均大大减少，管道及设备的安全性大为提高，估算每年将为企业节省设备维修成本及电费约4万元。5结语1.叶片泵的安装要求不高，实际安装未达说明书要求不是引起振动和噪声的主要原因；2.产生振动和噪声的主要原因是泵转