ВСАСЫВАЮЩИЙ ТРУБОПРОВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Отказы насосов представляют собой прямой элемент затрат для многих предприятий, однако, в зависимости от роли насоса на объекте, любой отказ, способный вызвать остановку производства, приводит к ещё большим косвенным финансовым потерям. Поскольку эти отказы происходят в насосе, основное внимание всегда, как кажется, уделяется самому насосу. Однако во многих случаях коренной причиной проблем является конструкция трубопроводной обвязки насоса. Сегодня мы написали статью о том, какой должна быть трубопроводная обвязка насоса, о влиянии ошибок обвязки на насос и о том, как эти ошибки можно предотвратить.
1. Обеспечьте достаточное значение NPSH
NPSH — тема, широко обсуждаемая сегодня, по которой можно найти множество материалов на самых разных платформах. Поэтому вместо подробного рассмотрения NPSH в этой статье будет достаточно кратко представить NPSH и обсудить его влияние на трубопроводную обвязку насоса.
В центробежных насосах для нормальной работы насоса без возникновения кавитации требуется, чтобы жидкость, поступающая к рабочему колесу насоса, находилась под определённым давлением. Это требуемое давление мы называем NPSHp (насоса) или NPSHr (required). В то же время, благодаря нашей трубопроводной обвязке и условиям эксплуатации, существует давление, которое мы можем обеспечить для жидкости, поступающей в насос. Это давление мы называем NPSHm (располагаемое) или NPSHa (available).
Таким образом, для обеспечения упомянутого выше нормального режима работы насоса должно выполняться условие NPSHm > NPSHp. В противном случае в насосе возникнет кавитация и произойдёт повреждение деталей насоса.
Значение NPSHp, требуемое для насоса, является ответственностью производителей насосов, которые стараются сделать это значение как можно ниже за счёт различных доработок и усовершенствований конструкции насоса. Однако снижение значения NPSHp у уже эксплуатируемого насоса является одновременно очень сложным и затратным делом и, как правило, требует мер с очень низкой отдачей. Поэтому вместо попыток снизить значение NPSHp будет проще и значительно дешевле увеличить значение NPSHm.
2. Уменьшите потери на трение
Потери на трение как снизят упомянутое выше значение NPSHm, так и приведут к увеличению наших энергозатрат. По этой причине, как и во всех системах, крайне важно сводить трение к минимуму как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания в насосных системах.
Чтобы свести трение к минимуму, в первую очередь следует выбирать элементы трубопровода с таким материальным исполнением и техническими характеристиками, которые обеспечивают минимальное сопротивление потоку. Используемое оборудование и материалы должны (насколько это позволяет жидкость) иметь низкий коэффициент трения и располагаться так, чтобы не нарушать динамику потока в трубопроводе. Кроме того, чем длиннее путь, который должна пройти жидкость до входа в насос, тем больше энергии теряется в виде потерь на трение. По этой причине насос должен располагаться как можно ближе к источнику, из которого он производит всасывание. Наконец, поддержание скорости жидкости, поступающей в насос, ниже 1,5 м/с предотвратит возникновение дополнительных потерь на трение на всасывании, поскольку с увеличением скорости жидкости возрастают и потери на трение в трубопроводе и оборудовании.
3. Колена (отводы)
Колена (отводы) — это элементы трубопровода, которые мы используем в трубопроводных системах для изменения направления потока жидкости под различными углами. Однако это изменение направления также вызывает изменение внутренней динамики потока, приводя к его неравномерности. Сегодня, благодаря различным моделированиям и анализам потока, мы знаем, что жидкость, проходящая через отвод, образует неравномерный поток, создающий турбулентность, что, в свою очередь, вызывает повреждение рабочего колеса насоса и приводит к вибрации. Помимо повреждения рабочего колеса, возникающая в насосе вибрация также влияет на подшипники и уплотнение насоса, вызывая проблемы и в этих узлах.
Чтобы избежать этой ситуации, необходимо обеспечить равномерный поток жидкости, поступающей в насос. В этом случае, по возможности, приоритетом является полный отказ от использования отводов в трубопроводе. Однако если отвод использовать необходимо, как это происходит во многих системах, то для обеспечения такого равномерного потока на входе в насос после отвода нужно установить прямой участок трубы длиной от 5 до 10 диаметров всасывающей трубы вплоть до входа в насос. Таким образом, жидкость, выходящая из отвода, выровняет свой поток на этом прямом участке и не создаст никаких проблем в насосе.
4. В насос должна поступать жидкость, а не воздух!
Из-за особенностей трубопроводной обвязки некоторые высокие точки трубопроводов создают полости, в которых могут скапливаться попадающие в трубопровод газы. Когда газы, скопившиеся в этих полостях, попадают в насос одновременно или в разное время, из-за перепадов давления внутри насоса возникает эффект кавитации, способный повредить все детали, контактирующие с жидкостью. В то же время увеличение и накопление воздуха в этих карманах со временем ограничивает прохождение жидкости, и насос не может обеспечить достаточное всасывание. Это, в свою очередь, также сокращает срок службы насоса и приводит к отказам.
Хотя снизить количество воздуха в трубопроводе до нуля невозможно, его можно довести до уровня, который не будет создавать для нас проблем. Прежде всего, после завершения монтажа трубопровода линия уже полностью заполнена воздухом; перед подачей жидкости в трубопровод этот воздух необходимо полностью удалить. Также в активно эксплуатируемой системе движение клапанов и различного оборудования, а также колебания жидкости могут создавать локальные зоны пониженного давления. Эти пониженные давления приводят к выделению растворённого в жидкости воздуха — даже если он присутствует в очень небольшом количестве — из раствора и его повторному скоплению в высоких точках трубопровода. Этот воздух также необходимо периодически удалять из системы.
Для защиты от воздушных карманов необходимо прежде всего оставлять в трубопроводе как можно меньше высоких точек. При необходимости такие подъёмы можно выполнять с пологими переходами, даже если это несколько удлиняет трассу трубопровода. Ещё одна мера предосторожности — установка воздухоотводных клапанов в местах трубопровода, где уклон особенно резко возрастает или уменьшается. Таким образом, эти клапаны при необходимости можно использовать для удаления воздуха из трубопровода. Наконец, для предотвращения воздушных карманов во всасывающих патрубках насоса всегда следует использовать эксцентрический переход, а всасывающую трубу следует располагать с подъёмом в сторону насоса.
5. Насос не является точкой опоры для трубопровода.
К сожалению, на многих предприятиях трубопроводная обвязка насосов не имеет надлежащей опоры. В некоторых случаях насосы даже используются в качестве опорного элемента для трубопровода. Однако это может иметь весьма негативные последствия для насоса.
Насосы — это машины, предназначенные для перекачки жидкостей из одной точки в другую. Поскольку насос осуществляет эту перекачку, создавая перепад давления в жидкости, сам насос также подвергается воздействию возникающего давления, и на его деталях возникают радиальные и осевые усилия. Конструкция насоса и используемые материалы изготавливаются так, чтобы выдерживать эти усилия и позволять насосу безотказно выполнять свою функцию на протяжении всего срока службы при надлежащем обслуживании. Однако если трубопроводная обвязка насоса не имеет достаточной опоры и на насос передаётся весь вес трубопровода вместе с периодически возникающими в нём напряжениями, насос будет вынужден перекачивать жидкость под значительно большими усилиями, чем предусмотрено. Точно так же, если трубопровод не выровнен должным образом, а его элементы соединены друг с другом «с натягом», трубопровод точно так же передаст это напряжение на фланец насоса, и насос снова будет вынужден работать под внешней нагрузкой.
Эти внешние силы, действующие на насос, вызывают вибрацию, шумную работу и частые отказы насоса. В результате срок службы насоса значительно сокращается, а затраты на обслуживание возрастают. Особенно на линиях, где используются высокотемпературные жидкости, расширение и сжатие трубопровода вызывает возникновение прерывистых нагрузок в трубопроводе как по вертикали, так и по горизонтали. В системах, использующих такие жидкости, трубопровод обязательно должен иметь внешнюю опору, а также на всасывающем и нагнетательном фланцах насоса должны устанавливаться компенсаторы, способные поглощать нагрузку трубопровода.
6. Заключение
- Проверяйте значения NPSH и поддерживайте высокое значение NPSHm.
- Располагайте насос как можно ближе к источнику, из которого он производит всасывание.
- Не допускайте превышения скорости жидкости во всасывающей линии значения 1,5 м/с.
- Правильно определяйте диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов.
- По возможности избегайте отводов.
- Если использование отвода неизбежно, обеспечьте прямой участок всасывающего трубопровода длиной не менее 5 диаметров трубы от отвода до входа в насос.
- Создавайте как можно меньше высоких точек в трубопроводе.
- Устанавливайте воздухоотводные клапаны в местах трубопровода с резким подъёмом или спуском уклона.
- Всегда используйте эксцентрический переход во всасывающем трубопроводе насоса.
- Обеспечьте подъём всасывающей трубы насоса с восходящим уклоном вплоть до входа в насос.
- Обеспечивайте внешнюю опору всасывающего и нагнетательного трубопроводов насоса, независимо от самого насоса.
- Убедитесь, что трубопровод насоса правильно выровнен и что при монтаже детали не испытывают натяга.
- Используйте компенсаторы на фланцах насоса, особенно в системах с высокотемпературными жидкостями.
