如何最小化生命周期成本？優(yōu)化泵管道系統(tǒng)配置需要考慮的幾個因素

    在優(yōu)化泵送系統(tǒng)時，管道和其他終端設(shè)備與泵本身同樣重要。這里分享如何優(yōu)化管道系統(tǒng)的配置，以最小化生命周期成本。

    第一，選擇合適的管道直徑。

    在確定管道規(guī)格尺寸時，成本因素至關(guān)重要。盡管口徑較小的管道成本較低，但因介質(zhì)流速增加而產(chǎn)生的較高摩擦和總體揚(yáng)程損失明顯較大。因此，具有較小管道的系統(tǒng)可能需要更多的功率，甚至需要更大的泵，并且這些能源成本將在系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi)不斷累積。

    另一方面，口徑較大的管道具有較高的材料和安裝成本，但摩擦損失通常較低。為了優(yōu)化管道系統(tǒng)，確保同時考慮初始成本和使用較小直徑所需的額外能源。需要準(zhǔn)確計(jì)算與復(fù)雜系統(tǒng)所需的各種管道尺寸相關(guān)的生命周期成本。

    第二，將管道內(nèi)壓力降至最低。

    不良的流體剖面會導(dǎo)致流動不勻速，并增加泵送系統(tǒng)內(nèi)的能源成本。然而實(shí)際上，由于物理空間限制，往往妨礙理想的管道系統(tǒng)布局。在這種情況下，需要配置平滑的彎頭和膨脹節(jié)。此外，保持管道盡可能筆直。在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時，安裝閥門和系統(tǒng)組件需要與管路保持一致。

    第三，選擇水力低損失零件。

    一般來說，在整個服務(wù)中的需求是有限的，設(shè)計(jì)者通常會以效率換取前期成本。以截止閥為例，工程師們喜歡它們，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單且便宜，但通過截止閥的流體具有相對較高的摩擦系數(shù)。更換不同類型的閥門可以減少這些損失和泵送系統(tǒng)的整個生命周期成本，因此需要確定好不同類型閥門和其他配件典型阻力系數(shù)。

    第四，選擇適合的閥門規(guī)格。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)者通常會增加安全裕度和選型偏大的泵型，以納入安全裕量，去解決實(shí)際泵性能、管道結(jié)垢以及未來系統(tǒng)升級需求等未知問題。這種安全裕度通常會導(dǎo)致工程師選定閥門上的壓降大于必要值。結(jié)果是閥門尺寸過小，能量或摩擦損失高。當(dāng)選定閥門處理最大系統(tǒng)流量時也是如此。在典型的操作條件下，比正常流量大得多的流量設(shè)計(jì)會導(dǎo)致閥門的壓降過大。

    第五，均勻的流量。

    葉片泵在均勻的入口流量條件下運(yùn)行最為高效。這使流體從泵的吸入口到葉輪入口的過渡變得平滑，然后葉輪入口通過將流體沿葉片加速，將能量傳遞給流體。如果流動不均勻，將影響能量的平穩(wěn)傳遞。不均勻的流動也可能導(dǎo)致振動，從而縮短泵的壽命，削弱管道焊縫、機(jī)械接頭和支架。在設(shè)計(jì)新的泵送系統(tǒng)時，在泵吸入口的上端，設(shè)置盡可能多的直管。對于現(xiàn)有系統(tǒng)，小口徑彎頭和閥門離吸入口越近，就越有可能產(chǎn)生高度湍流，從而降低泵的性能。當(dāng)泵的吸入壓力低且速度高時，就需要特別重視。

    上圖顯示了直接安裝在雙吸泵吸入口上的小口徑彎頭的流動分離和湍流區(qū)。如果需要在吸入口的上游安裝彎頭，請考慮將其轉(zhuǎn)換為大口徑彎頭或?qū)Я餮b置，以平滑過渡到泵中。只要導(dǎo)流裝置的壓降不超過必要的NPSH余量，就可以很好地工作。

    第六，防止空氣和蒸汽滯留。

    空氣或蒸汽滯留是系統(tǒng)布局或配件選擇不當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。當(dāng)泵送系統(tǒng)沒有恒定的上升斜率或在高點(diǎn)處沒有空氣釋放閥時，會發(fā)生空氣或蒸汽的收集。當(dāng)這種情況發(fā)生在泵的下游時，空氣或蒸汽會減少管道內(nèi)的有效液體流動面積，從而產(chǎn)生類似于部分關(guān)閉閥門的節(jié)流效果。對于泵上游的管道，氣穴可能會導(dǎo)致壓力脈動，從而降低泵的性能。如果空間允許，使用偏心異徑管和足夠長的直管連接泵吸入口。

    第七，預(yù)防旋渦產(chǎn)生。

    當(dāng)液位下降得太接近泵的吸入口或浸入式吸入管道時，儲罐和濕井中都會出現(xiàn)自由表面旋渦。當(dāng)出現(xiàn)自由表面渦流時（見下圖），空氣將進(jìn)入泵內(nèi)。這可能會導(dǎo)致吸入揚(yáng)程損失并降低泵的性能。在嚴(yán)重的情況下，泵可能會損壞。由于大多數(shù)離心泵不是自吸式或潛水式，維修人員必須手動加注、重新啟動和排空泵。此外，過多的空氣會損壞機(jī)械密封、填料和葉輪磨損環(huán)。使用簡單的傳感器或使用自動水位系統(tǒng)監(jiān)測水位將確保泵或吸入管道具有足夠的浸沒深度。

    第八，管道支撐。

    在設(shè)備安裝過程中，泵及其連接管道很少完全對齊。為了適應(yīng)這種情況，安裝人員或維修人員采取手動機(jī)械校正。如果校正程度很大，這種機(jī)械管道應(yīng)變力會將泵拉離對齊位置，縮短使用壽命，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致災(zāi)難性故障。為了防止這種情況發(fā)生，應(yīng)使用管錨和吊架適當(dāng)?shù)刂魏图s束泵周圍的管道。這也減少了振動并延長了泵的使用壽命。