任务四　离心泵送料系统的调控

【任务引入】

离心泵送料过程中除了要考虑其性能外，还是要考虑生产工艺参数对送料过程的影响，下面是来自某一设备约40℃的带压液体由离心泵以20t/h的流量送至下一工段的仿真工艺系统操作，在操作过程中对这些影响因素的调控方法做训练，从而更好地理解流体输送的原理、操作方法等。

【任务实施】

一、工艺流程

1.离心泵工艺流程

该仿真工艺系统操作中的离心泵单元DCS图见图1-27。

本流程中的主要设备有离心泵前罐V101、离心泵A（PV101A）、离心泵B（PV101B，备用泵）。如图1-28所示，来自某一设备约40℃的带压液体经调节阀LV101进入带压离心泵前罐V101，罐液位由液位控制器LIC101通过调节LV101的进料量来控制；罐内压力由PIC101分程控制，阀PV101A、PV101B分别调节进入V101和出V101的氮气量，从而保持罐压恒定在5.0atm（表压）（1atm=101.325kPa）。罐内液体由泵P101A/B抽出，泵出口流量在流量调节器FIC101的控制下输送到其他设备。

2.仪表

离心泵单元系统的仪表见表1-10。

二、操作规程

1.冷态开车

（1）罐V101的操作

①打开LIC101调节阀，向V101罐充液。

②待V101罐液位>5%后，缓慢打开分程压力调节阀PV101A向V101罐充压。

③当LIC101达到50%时，LIC101投自动，设定50%。

④罐V101压力控制在5atm左右时，PIC101投自动，设定值为5atm。

（2）启动离心泵（A泵、B泵二选一）

①待V101罐充压至正常值5atm后，打开P101A（B）泵入口阀VD01（VD05）。

②打开P101A（B）泵排气阀VD03（VD07）排泵内不凝性气体，排净后关闭VD03（VD07）。

③启动P101A（B）泵，待PI102（PI104）指示压力比入口压力PI101（PI103）大2.0倍后，打开P101A（B）泵出口阀VD04（VD08）。

（3）出料

①打开FIC101调节阀的前阀VB03、后阀VB04。打开调节阀FIC101，逐渐开大调节阀FIC101开度，流量控制在20000kg/h时投自动，使PI101、PI102趋于正常值。

②调整操作参数：微调FV101调节阀，在测量值与给定值相对误差为5%范围内且较稳定。

2.正常运行操作参数

系统正常运行时的操作参数如表1-11所示。

3.正常停车操作

（1）V101罐停进料　LIC101置于手动后关闭调节阀LV101，停V101罐的进料。

（2）停泵

①将FIC101置于手动，逐渐缓慢开大阀门FV101，增大出口流量。

②待罐V101液位小于10%时，关闭P101A泵的出口阀VD04，停P101A泵，关闭泵前阀VD01。

③关闭FIC101调节阀FV101及其前后阀VB03、VB04。

（3）泵P101A泄液　打开泵P101A泄液阀VD02，观察阀VD02的出口，当不再有液体泄出时，显示标志变为红色，关闭阀VD02。

（4）V101罐泄压、泄液

①待罐V101液位小于10%时，打开V101罐泄液阀VD10。

②待V101罐液位小于5%时，打开PIC101泄压阀。

③观察V101罐泄液阀VD10的出口，当不再有液体泄出时，显示标志变为红色，待罐V101液体排净后，关闭泄液阀VD10。

三、常见的事故现象及处理措施

离心泵送料系统常见的事故现象及处理措施见表1-12。

【任务评价】

①能识读离心泵单元仿真工艺流程图；

②能正确地完成送料单元的开车、停车操作；

③能根据生产任务来调控工艺指标，并能及时准确地判断事故并正确处理。

【知识链接】

知识点一　离心泵的串并联

在实际生产中，当单台离心泵不能满足输送任务要求时，采用离心泵的并联或串联操作。

一、离心泵的并联

将两台型号相同的离心泵并联操作［如图1-29（a）所示］，且各自的吸入管路相同，则两泵的流量和扬程必各自相同，也就是说具有相同的管路特性曲线和单台泵的特性曲线。显然，两台泵的扬程相同，总流量为两台泵的流量之和。如图1-29（b）所示，图中Ⅰ 线为单泵的特性曲线，Ⅱ 线为两台泵并联的特性曲线。从图中可知，其并联时的流量比单泵操作时增大了，但达不到单泵流量的两倍，若管路特性曲线越平坦，则并联后的流量就越接近单泵流量的两倍，所以并联操作能使低阻力管路系统的流量增加较多，而高阻力管路系统的流量增加较少。

二、离心泵的串联

若将两台型号相同的离心泵串联操作［如图1-30（a）所示］，则每台泵的扬程和流量也是各自相同的，显然，两台泵的流量相同，总扬程为每台泵的扬程之和。如图1-30（b）所示，图中Ⅰ 线为单泵特性曲线，Ⅱ 线为两台泵串联的特性曲线。由图可见，两台泵串联操作的总扬程必低于单台泵扬程的两倍。

多台泵串联操作相当于一台多级泵，多级泵的结构紧凑，安装、维修也方便，因而应选用多级泵代替多台串联泵使用。

知识点二　离心泵的安装高度

一、离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以H_g表示，可通过伯努利方程式确定。

在图1-31中，假定泵在可允许的最高位置上操作，于贮槽液面0-0'与泵入口处1-1'两截面间列伯努利方程式，可得：

　　（1-27）

式中　H_g——泵的允许装高度，m；

H_f——液体流经吸入管路的全部压头损失，m；

p₀——液面上的压力，Pa；

u₁——吸入管路中液体的流速，m/s；

p₁——泵入口处可允许的最小压强，Pa。

二、离心泵的汽蚀

由离心泵的工作原理可知，在离心泵叶轮中心附近形成低压区，这一压强与泵的吸上高度密切相关。如图1-31所示，当贮液池上方压强一定时，允许安装高度越高，则泵吸入口附近压强越低。但是吸入口的低压是有限制的，若允许安装高度高至某一限度，叶轮中心附近的最低压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体就在该处发生汽化并产生气泡，随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压的作用下，迅速凝结或破裂，瞬间周围的液体即以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，在冲击点处形成很高的瞬间局部冲击压力。由于冲击作用及泵体震动并产生噪声，且叶轮局部处在巨大冲击力的反复作用下，使材料表面开始疲劳，开始出现点蚀甚至形成裂缝，使叶轮或泵壳受到破坏。这种现象称为离心泵的汽蚀现象。

汽蚀发生时，由于产生大量的气泡，占据了液体流道的部分空间，导致泵的流量、压头及效率下降。汽蚀严重时，泵不能正常操作。因此，为了使离心泵能正常运转，应避免产生汽蚀现象，这就要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上，通常是取输送温度下液体的饱和蒸气压作为最低压强。应予指出，在实际操作中，不易确定泵内最低压强的位置，而往往以实际泵入口处的压强为基础，考虑一安全量后作为泵入口处允许的最低压强。

三、离心泵的允许汽蚀余量Δh

实验中发现，当泵入口处的压力p₁还没有降到与液体的饱和蒸气压相等时，汽蚀现象也会发生，这是因为泵入口处的压力并非泵内压力最低处，研究表明，离心泵叶轮进口处为泵内压力最低处。为防止汽蚀现象发生，离心泵在运转时，必须使液体在泵入口处的压力p₁大于同温度下的饱和蒸气压p_饱。考虑到流速的影响，离心泵入口处液体的动压头与静压头p₁/ρg之和，必须大于饱和液体的静压头p_饱/ρg，其差值以Δh表示，即

　　（1-28）

当流量一定且流体流动为阻力平方区时，汽蚀余量Δh仅与泵的结构和尺寸有关，是泵抗汽蚀性能的参数，由生产泵的部门通过实验测定并将其值列于泵的性能表上。

将式1-28整理出p₁/ρg值后代入式1-27，可得：

　　（1-29）

通常为安全起见，离心泵的实际吸上高度即安装高度应比允许安装高度低0.5～1m。

四、防止汽蚀的措施

（1）降低泵的安装高度　降低泵的安装高度可提高泵入口处的压力，避免汽蚀现象的发生。

（2）减少吸液管的阻力损失　在泵吸液管路中设置的弯头、阀门等管件越多，管路阻力越大，泵入口处的压力就越低。因此，要尽量减少一些不必要的管件，尽可能缩短吸液管的长度和增大管径，以减少管路阻力，防止汽蚀现象的发生。

（3）降低输送液体的温度　液体的饱和蒸气压是随其温度的升高而升高的，在泵的入口压力不变的情况下，当被输送液体的温度较高时，液体的饱和蒸气压也较高，有可能接近或超过泵的入口压力，使泵发生汽蚀现象。

【自测练习】

1.什么是离心泵的汽蚀现象？它对泵有什么影响？如何防止？

2.由于工作需要用一台IS100-80-125型泵在海拔1000m、压力为89.83kPa的地方抽293K的河水，已知该泵吸入管路中的全部压头损失为1m，该泵安装在水源水面上1.5m处，此泵能否正常工作。

3.用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为H=40-0.01Q²，管路特性方程为H_e=25+0.03Q²，两式中Q的单位均为m³/h，H的单位为m。试求：（1）泵的输送量；（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量又为多少？