重芳烃塔顶泵叶轮切割分析

彭勇，黄佳富

（1.中海壳牌石油化工有限公司；2.中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

1 前言

芳烃装置中，重芳烃塔顶泵是将来自重芳烃塔底的重芳烃油增压后一路作为塔的回流，一路去歧化反应进料罐，实际生产中两台相同的泵并联，实行一开一备的运行方式。重芳烃塔顶泵为中心线安装，单级悬臂式泵，即OH2 型泵，嘉利特荏原公司生产，开工以来，泵正常量为245m3/h 左右，泵额定流量334m3/h，工作点偏离设计正常工作点较大，泵一直处于较小流量运行，导致泵的振动较大，达到7.0mm/s，振动主要集中于叶轮通过频率，即5 倍频，5 倍频上的振动值为6.5mm/s，根据JB/T 8097-99，泵为C 级振动，长周期运行存在较大的风险。经过相关技术专业讨论，决定对其叶轮切割，减小其富余能头达到降低振动的目的。

2 重芳烃塔顶泵叶轮切割

2.1 叶轮切割定律

在实际生产和工作中，叶轮切割定律应用比较广泛，深受广大技术人员的重视。至今，国内外学者做了大量的研究工作，总结出很多种切割定律的形式。本文采用国内泵行业常用公式来确定叶轮的切割量。Q 公式如下：

式中，Q、H、P、D 为叶轮切割前泵的流量、扬程、轴功率、叶轮直径；

Q、H、P、D 为叶轮切割后泵的流量、扬程、轴功率、叶轮直径。

2.2 叶轮切割量的确定

泵设计参数如下所示：型号250x150UCWM57, 驱动端轴承为6318，非驱动端轴承为两个7320BECB，轴承采用纯油雾润滑，密封采用PLAN23+52，在额定工况下，额定流量334m3/h，额定扬程99m，转速为1480r/min，叶轮直径532mm，轴功率97.5kW，泵效率68%，电机功率132kW。

式中，ns为比转数，n 为转数，r/min，Q 为体积流量（最高效率下），m3/s，双吸泵时为流量的一半，H 为扬程（最高效率下），m，多级泵时为扬程除以泵的级数。

离心泵比转数30 ～80 为低比转数，该泵叶轮切割时，应采用低比转数泵的切割定律。

目前，泵实际流量为180t/h，介质密度为736kg/m3，若将泵叶轮从设计的额定流量切至目前运行工况的流量，其切削量确定如下：

叶 轮 切 割 量 占 切 割 前 叶 轮 直 径 比 例：

根据山东博山水泵厂研究，叶轮切割后，对减小叶轮直径的计算值给予了修正，该比转速的修正系数k 为0.95。

故叶轮切割量占切割前叶轮直径比例应为0.95×0.144=0.137。

叶轮切割后，为了使泵的效率不会下降过多，对切割量要有所控制，具体见表1。

表1 叶轮外径允许的最大相对切割量表

根据表2 可知：此泵最大允许切割量为叶轮直径的20%。计算切割值13.7%满足此条件。

即：最终计算叶轮切割量△D=72.9mm，根据切割定律，可知：

叶轮切割后的扬程H=73.7m，切割后的轴功率N轴=54.1kW

计算切割后叶轮直径D=458mm ﹤最小叶轮直径469mm。尽管此切割量是用切割定律计算确定，但在实际切割时应留有余量，其余量的大小完全是凭经验确定，没有更多的理论依据。同时，切割量计算值是在当前运行工况下计算所得，考虑到满负荷运行和以后装置扩能需求，本次叶轮最终切割量为△D=40mm，即，切割后叶轮直径D=492mm。

2.3 叶轮切割后的额定工况

叶轮直径切割至D=492mm 时，通过切割定律计算，其各项参数为：

假设将泵的额定工作点切割到工艺设计正常工况工作点，则：泵的设计正常工作流量为215.7t/h，采用类似上面的计算方法，得：切割量应为32mm，切割后的直径为500mm，叶轮切割后额定流量为215.7t/h，即293m3/h，扬程为87.5m，轴功率为76.1kw。

可看出本次叶轮切割后的额定工作点与将泵的额定工作点切割到工艺设计正常工况工作点时差不多。

3 叶轮切割后性能核算

目前，叶轮切割后，泵的出口流量在180 ～200t/h，可以根据泵的性能曲线和切割抛物线结合切割定律来计算180t/h、200t/h 工况下，泵的扬程、轴功率以及切割前的对应工况点（也是近似等效率点）的扬程、流量、功率。切割抛物线是同一台泵，在同一转数下，叶轮逐次切割后，各对应工况点的连线。当叶轮切割量不大时，对应工况点效率近似相等，也称为等效率线。

如图1 所示，曲线1、2 分别为泵叶轮切割前、后的性能曲线，曲线3、4 是两条切割抛物线。图中、为叶轮切割后出口流量180t/h、200t/h 工况点，A、B 分别是叶轮切割前对应点，对应工作点满足切割定律。

图1 泵性能曲线和切割抛物线

查询泵出厂竣工资料，泵的性能曲线图以及泵的轴功率-流量曲线，可知，HA=101m，PA=87.5kW

表2 叶轮切割前后对应工况点流量、扬程、功率表

4 叶轮切割后运行情况

叶轮切割后，并对转子做动平衡实验，最终为G2.5级。目前工况下运行，泵的出口压力由切割前的0.9MPa 降到0.78MPa，电机运行电流由165A 减小到140A，电流减小25A，泵出口两分支管路上的调节阀开度都有所增大。泵3H点振动从7.0mm/s 降低到1.50mm/s，叶轮通过频率仍是主导频率，但此频率上振动值从最初的6.8mm/s 降到了0.8mm/s，因此，本次叶轮切割达到了预期的效果，取得圆满成功。

5 叶轮切割后的经济效益

式中，P 为电机有效功率w，cosϕ为功率因素，U 为电压V，I 为电流A。

式中，功率因素取0.89，电机实际工作中并不是额定负载，其功率因素小于0.89，计算出的节省的功率稍微偏大。

按照工业用电每千瓦时0.66 元，年均运行8400h 计算，叶轮切割后产生的经济效益为8.12 万元，因此有一定的经济效益。

6 结语

通过对重芳烃塔顶泵叶轮的切割，减小其富余能头，并且使泵的振动从C 级降到了A 级，使泵处于良好的工作状态，很大程度上提高了泵的运行可靠性，同时取得了一定的经济效益。