海水提升泵-海水系统.doc

一、泵的基础知识
1、泵定义：泵是受电动机控制，驱使介质运动，是将电动机输出的能量转换为介质压力能的能量转换装置。

图1 离心泵结构剖面图
2、 泵的分类：
①、 按照工作原理和结构，泵可分为叶片式泵、容积式泵及其它类型泵。

②、根据介质分：清水泵、污水（污物）泵、油泵、耐腐蚀泵、衬氟泵、排污泵等。
②、 从使用安装方式分：管道泵、液下泵、潜水泵等。
3、 离心泵：
3.1离心泵的工作原理：
离心泵一般由电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘（流速可增大至15～25m/s），动能也随之增加。当液体进入泵壳后，由于蜗壳形泵壳中的流道逐渐扩大，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。
与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强Pa比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。
离心泵是由于在叶轮的高速旋转而产生的离心力的作用下，将水提到相应高处的，故称离心泵。

图2 离心泵工作原理
3.2 离心泵的种类
3.2.1、按叶轮数目来分类：
①、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮；
②、多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和；
3.2.2、按工作压力来分：
①、低压泵：压力低于100米水柱；
②、中压泵：压力在100-650米水柱之间；
③、高压泵：压力高于650米水柱。
3.2.3、按照叶轮吸入方式来分类：
①、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口；
②、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口，它的流量比单吸式泵大一倍，可以近似看做是两个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起；
3.2.4、按泵轴位置来分类：
①、卧式泵：泵轴位于水平位置；
②、立式泵：泵轴位于垂直位置；
3.3 离心泵的“气缚现象
如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。
3.4 离心泵的参数
流量Q（m3/h，L/h）；扬程H（m）；允许气蚀余量△hr（m）；转速n（转/min），轴功率N和效率η。这类泵结构简单、重量较轻、可以输送温度不超过80℃的清水及物理性能化学性质类似于水的液体。
3.4.1、气蚀余量：
泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生液体汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下叶轮等金属表面产生剥落，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，
气蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。对于泵而言，能量增量主要体现在压力能增加上，换算到基准面上的米液柱值。泵气蚀余量是由泵厂确定的。单位为米液柱，用（NPSH）r表示。
由泵厂根据试验确定的汽蚀余量（以米液柱计）。用NPSHr表示。单位是：m。泵汽蚀余量是由泵本身的特性决定的，是表示泵本身抗汽蚀性能的参数。欲提高泵本身的抗汽蚀性能，必须尽量降低汽蚀余量。
①、必需气蚀余量即气蚀余量，又称为吸程（NPSH）r即：水泵进口处的压强和水泵内里面压强最低处的差值，为P水泵进口-P最低。是一种规定值，如同水泵的流量扬程一样，这个数值越小越好。是个厂家参数。单位用米。
吸程=标准大气压-气蚀余量-管道损失-安全量
　　例：某泵气蚀余量为4.0米，求吸程Δh
　　 则：Δh=10.33-4.0-H-0.5=5.83米
②、有效气蚀余量又称装置气蚀余量：水泵进口处的压强和水泵发生气蚀的临界压强的差值NPSHa，P水泵进口- P气蚀临界，是个用户参数。
要想不发生气蚀，必须NPSHa > NPSHr。
即P水泵进口- P气蚀临界>P水泵进口-P最低。即，P最低>P气蚀临界，这当然也就不会发生气蚀了。
③、泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此，研究汽蚀发生的条件，应从泵本身和吸入装置双方来考虑，泵汽蚀的基本关系式为*：
（NPSH）c ≤（NPSH）r ≤ [NPSH] ≤ (NPSH)a
(  V6 x) `6 |4 M7 yNPSH)a=(NPSH)r或(NPSHc)：泵开始汽蚀，此时，这两个值是相等的。
5 w9 k$ c8 q8 I; V! f" M. v6 ' M  |/ Y8 j+ R7 y+ V! Q式中：
（NPSH）a——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；' g4 |  m+ u0 i
（NPSH）r——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好
(NPSHc)——临界汽蚀余量，就是泵在发生气蚀那一瞬间的气蚀余量；
! Q5 n  L9 Q" q[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。
3.4.2、轴功率N：泵在一定流量和扬程下，电动机单位时间内给予泵轴的功称为轴功率。轴将动力（电机功率）传给功部件（叶轮）的功率。功率值小于电机额定功率。　

3.4.3、效率η：水泵的输出功率与输入功率的比值。
3.5 海水提升泵
3.5.1、长轴深井泵：
①、海上平台使用的长轴海水提升泵通常是多级离心泵，其轴长达20-30m，长轴泵的缺点是轴长，检修时需要将轴一节一节地提到平台甲板上，轴的联结与固定比较麻烦。
②、立式电机置于泵座顶端，通过分段的长轴将叶轮浸入介质中。
③、多数是一个立式单吸离心泵，其叶轮装在井中动水位以下，动力机设置在井上，通过传动长轴驱动叶轮在导流壳内旋转，水流沿导流壳与叶轮之间的流道，经输水管向上提升到地面。扬程高时可采用多个叶轮串联的多级离心泵。由于传动长轴的制造和安装精度要求较高，效率随井深的增加而显著降低，因而一般只用于不超过100米的深井。
3.5.2、电潜泵（电动潜油离心泵）：
①、是一种在井下工作的多级离心泵，由于电潜泵没有长轴，不会出现长轴深井泵出现的问题，在海上石油平台已广泛使用，对电机功率在几十千瓦的泵尤为合适；

图3 电潜泵结构图
③、 电潜泵组成：
（Ⅰ）、井下部分：主要是电潜泵的机组，它由多级离心泵、保护器和潜油电动机三部分组成，起着抽油的主要作用。
（Ⅱ）、地面部分：由变压器组、自动控制台及辅助设备（电缆滚筒、导向轮、井口支座和挂垫等）组成。
（Ⅲ）、中间部分：由电缆和油管组成，将电流从地面部分传送给井下部分，采用的是特殊结构的电缆。在油井中利用钢带将电缆和油管柱泵、保护器外壳固定在一起。
④、电潜泵优点：电潜泵(ESP)采油工艺具有设备结构简单、效率高、排量大、自动化程度高等优点，广泛应用于非自喷高产井、高含水井和海上油田。统计资料显示电潜泵的平均产液量是传统杆式泵的2倍以上。百勤引进国外先进的电潜泵系统，应用于超深下入，高排量开采具有高可靠性、耐高温高压、自动化程度高、兼容性好等优点。
3.5.3、长轴深井泵和电潜泵外观主要区别：长轴深井泵的电机在泵的上端、而电潜泵的电机在泵的下端（这个区别有助于我们从PID中辨识泵的种类）。
3.5.4、为了使泵的叶轮在任何时候都浸没在水下，因此泵的叶轮应在最低天文潮位时，位于最大波高的波谷以下，浸入深度以1m或大于1m以下。

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赞同

二、泵的选型
　　泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。
　　1．流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。
　　2．装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%—10%余量后扬程来选型。
　　3．液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。
　　4． 装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系统扬程计算和汽蚀余量的校核。
5． 操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。

三、选泵的具体操作
　　根据泵选型原则和选型基本条件，具体操作如下：
　　1．根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其它型式(管道式、潜水式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式等)的泵。
　　2．根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵、化工泵或耐腐蚀泵或杂质泵，或者采用无堵塞泵。安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用相应的防爆电动机。
　　3．根据流量大小，确定选单吸泵还是双吸泵；根据扬程高低，选单级泵还是多级泵，高转速泵还是低转速泵(空调泵)、多级泵效率比单级泵低，如选单级泵和多级泵同样都能用时，首先选用单级泵。
　　4．确定泵的具体型号
　　确定选用什么系列的泵后，就可按最大流量，(在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量)，取放大5%—10%余量后的扬程这两个性能的主要参数，在型谱图或者系列特性曲线上确定具体型号。操作如下：
　　利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般很少，通常会碰上下列两种情况：
　　第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。或设法减小管路阻力损失。
　　第二种：交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内 ，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，
　　若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H、，根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状Q-H特性曲线。
　　5．泵型号确定后，对水泵或输送介质的物理化学介质近似水的泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该泵优先工作区？有效NPSH是否大于（NPSH）。也可反过来以NPSH校改几何安装高度？
　　6．对于输送粘度大于20mm2/s的液体泵（或密度大于1000kg/m3），一定要把以水实验泵特性曲线换算成该粘度（或者该密度下）的性能曲线，特别要对吸入性能和输入功率进行认真计算或较核。
　　7．确定泵的台数和备用率：
　　a、对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，（指扬程、流量相同），大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联合作：流量很大，一台泵达不到此流量。
　　b、对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用（共三台）
　　c、对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一台泵仍然承担　生产上70%的输送。
　　d、对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，一台运转，一台备用，一台维修。
　　8．一般情况下，客户可提交其“选泵的基本条件”，由我司给予选型或者推荐更好的泵产品。如果设计院在设计装置设备时，对泵的型号已经确定，按设计院要求配置。
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