ПРОИЗВОДСТВО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТЕЙ
8 800 777 0379 8 8412 98-14-28
ООО "Виллина"
440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 1
, villina@villina.ru

Основные проблемы защиты центробежных насосов на ответственных позициях

Из-за ограниченности использования иных видов насосов в химической и нефтехимической отраслях, одним из актуальных вопросов в эксплуатации оборудования является бесперебойная и правильная работа насосного оборудования. В соответствии с п. 5.4. ФНП «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», утверждённые Приказом №96 от 11 марта 2013 г. Для нагнетания больших и средних объемов взрывопожароопасных веществ на опасных производственных объектах могут применяться только центробежные насосные агрегаты. В данной публикации мы покажем проблемы, возникающие при эксплуатации центробежных насосов на ответственных позициях и обозначим пути их решения.

Основные проблемы при эксплуатации центробежных насосов и пути их решения

Для того, чтобы понять, какие проблемы могут возникнуть при эксплуатации центробежного насоса, обратимся к его устройству. Стандартно он состоит из улитки, рабочего колеса, вала, уплотнения, подшипникового узла и привода. Один из важнейших показателей эффективности применения такого оборудования – его полный коэффициент полезного действия. Снижение указанного коэффициента связано с тремя видами категорий потерь: гидравлических, объемных и механических. Первые возникают вследствие преобразования механической энергии в тепловую, т.е. сопротивления жидкости изменению формы при прохождении через насос, трение частиц вещества об рабочие органы насоса и между собой. Объемные потери или утечки возникают вследствие утечек перекачиваемого вещества в переднем уплотнении колеса, системе уравновешивания осевого давления и уплотнениях ступицы колеса. И наконец, механические потери возникают по причине трения наружной поверхности колес о жидкость, трения в уплотнениях и в подшипниках. Для уменьшения всех категорий потерь, а следовательно, и увеличения общего КПД насоса, необходимо уменьшить размеры потерь.

Основными критериями при выборе того или иного насосного оборудования являются: плотность, вязкость и концентрация взвешенных частиц в среде. Полный напор, создаваемый насосом, рассчитываем:

Формула расчета полного напора

Где Н – полный напор, м; р1, р2 – давление жидкости в пространстве нагнетания и в пространстве всасывания, МПа; см – плотность перекачиваемой смеси жидкости и твердого вещества кг/м3; Нг – геометрическая высота подъема жидкости, м; hП – напор, затрачиваемый на создание скорости и на преодоление трения всех местных сопротивлений во всасывающей и нагнетательной линии, м; g=9,81 – ускорение свободного падения, м/сек2.

    Увеличение концентрации взвешенных частиц в среде приводит к:
  • увеличению ее плотности,
  • уменьшению напора, создаваемого агрегатом,
  • увеличению гидравлических потерь,
  • повышению износа деталей насоса вследствие абразивного износа,
  • механическим и объемным потерям.

Основным условием нормальной работы насоса является прохождение частиц через рабочие органы насоса без оседания, т.е. превышение скорости прохождения (w) над скоростью их оседания (ws).

превышение скорости прохождения (w) над скоростью их оседания (ws)

Где ds – диаметр шара частицы, м; CD – коэффициент сопротивления шара, зависящий от критерия Рейнольдса; ρs – плотность твердой частицы, кг/м3, ρf – плотность жидкости, кг/м3; Qs – твердого вещества, м3/с; Qf – расход жидкости, м3/с.

Критерий Рейнольдса Res будет равен:

Критерий Рейнольдса Res

Где νf – кинематическая вязкость жидкости, Пас.

Относительное уменьшение напора, связанное с присутствием примесей, рассчитывают:

Расчет относительное уменьшение напора, связанное с присутствием примесей

где ψ =1 - коэффициент давления насоса; nq - удельная частота вращения насоса, об-1;

Пренебрегая Нг и hП в первой формуле, её можно записать через относительное уменьшение напора:

Расчет относительное уменьшение напора, связанное с присутствием примесей

где ρсм = cT · ρs + (1 – cT) · ρf – плотность смеси, кг/м3;

Из этого уравнения: твердые частицы примеси снижают напор, создаваемый насосом на значение ΔH. Повышение давления в насосе Δp, связанное с повышением плотности вещества ρсм и понижением напора Н-ΔН из-за примеси частиц, являются противоречивыми. Следовательно, тяжело однозначно сказать, где будет находиться характеристическая линия работы насоса, транспортирующая вещество с примесями, и линия работы того же насоса, но работающего с веществом без примесей.

Для однозначной оценки работы насосного агрегата как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации необходимо заставить его работать стабильно.

    В настоящее время существуют два пути решения проблемы перекачивания загрязненных жидкостей:
  • Применение специальных насосов для перекачивания загрязненных жидкостей (канализационные, песковые, абразивные насосы и т.п.);
  • Применение обычных насосов с установкой дополнительного фильтровального элемента.

Выбор способа перекачивания зависит от технологических особенностей схемы, в которую устанавливается насос. Установка дополнительного параллельно установленного (резервного) насосного агрегата облегчает работы по выполнению плановых технических обслуживаний и ремонтов, как насосного, так и вспомогательного оборудования, так как отсутствует необходимость в остановке технологической схемы производства, в которую установлены насосы.

Очистка перекачиваемого вещества от механических примесей является основной задачей для повышения надежности и производительности центробежных насосов.

Фильтровальное оборудование, применяемое в схемах включения центробежных насосов

Необходимость подбора конкретного фильтра для очистки от примесей перекачиваемых веществ зависит от требований к чистоте конечного продукта, подаваемого для дальнейшей обработки, и требований к оборудованию, перекачиваемому продукт.

Основными видами фильтров, работающих с насосами и обеспечивающих механическую очистку от примесей, являются рукавные, картриджные и сетчатые фильтры. Принцип работы одинаков для всех видов и предполагает механическую очистку вещества и удержание примесей на наружной поверхности фильтровального материала.

    Основными характеристиками при подборе фильтров являются:
  • производительность фильтра;
  • тонкость очистки;
  • способ подключения (присоединения);
  • условный проход штуцеров;
  • рабочее давление;
  • допустимый перепад;
  • рабочая температура;
  • материал корпуса и фильтровального элемента;
  • способ чистки.

Разберем основной принцип работы на примере сетчатого фильтра механической очистки. Сетчатые фильтры бывают Y – образные и корзинчатые.

Сетчатые фильтры бывают Y – образные и корзинчатые

Продукт попадает в корпус фильтра, где, проходя через фильтровальный элемент, за счет установки препятствия в виде мелкой сетки и магнита, происходит его очищение. Затем очищенный продукт попадает на всасывание центробежного насоса. Ячейку внутренней сетки подбирают в зависимости от требований, предъявляемых к чистоте перекачиваемых веществ, указанных в паспорте на центробежный насос. А также определяют необходимость установки магнита.

По мере загрязнения фильтра производят его чистку. Превышение допустимого перепада на фильтре, а следовательно, уменьшение подпора жидкости или ее отсутствие на всасывании насоса, является основанием для проведения чистки фильтра. Автоматический контроль за перепадом давления на насосе и недопущение его сухого хода осуществляют автоматизированные системы управления агрегатами.