СМУКАТЕЛНА ИНСТАЛАЦИЯ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНИТЕ ПОМПИ
Повредите в помпите са пряк разход за много предприятия, но в зависимост от ролята на помпата в съоръжението всяка повреда, която може да доведе до спиране на производството, причинява вторична и много по-голяма финансова загуба. Тъй като тези повреди възникват в помпата, основният фокус винаги изглежда да е самата помпа. В много случаи обаче първопричината за проблемите е тръбната инсталация на помпата. Днес сме подготвили статия за това каква трябва да бъде инсталацията на помпата, как грешките в нея се отразяват на помпата и как тези грешки могат да бъдат избегнати.
1. Осигурете достатъчна стойност на NPSH
NPSH е тема, която днес се обсъжда широко и по която могат да се намерят много източници в различни платформи. Затова вместо да разглеждаме NPSH подробно, в тази статия ще е достатъчно накратко да представим понятието и да обсъдим влиянието му върху тръбната инсталация на помпата.
При центробежните помпи, за да работи помпата нормално, без да навлиза в кавитация, флуидът, който достига до работното колело, трябва да има определено налягане. Това необходимо налягане наричаме NPSHp (на помпата) или NPSHr (required – необходимо). Същевременно, в зависимост от конструкцията на инсталацията и условията на експлоатация, има налягане, което можем да осигурим на постъпващия в помпата флуид. Това налягане наричаме NPSHm (наличен) или NPSHa (available – наличен).
Следователно, за да се осигурят нормалните условия на работа на помпата, трябва да бъде изпълнено условието NPSHm > NPSHp. В противен случай помпата ще навлезе в кавитация и частите ѝ ще се повредят.
Необходимата на помпата стойност NPSHp е отговорност на производителите на помпи, които се стремят да я поддържат възможно най-ниска чрез различни конструктивни решения и подобрения. Намаляването на NPSHp на вече работеща помпа обаче е много трудно и скъпо и обикновено изисква мерки с много ниска ефективност. Затова вместо да се опитваме да намалим NPSHp, е много по-лесно и значително по-евтино да увеличим NPSHm.
2. Намалете загубите от триене
Загубите от триене не само ще намалят споменатата по-горе стойност NPSHm, но и ще повишат разходите ни за енергия. Затова, както при всички системи, и при помпените системи е много важно триенето да се поддържа минимално както от смукателната, така и от нагнетателната страна.
За да се сведе триенето до минимум, преди всичко трябва да се изберат елементи на инсталацията с материал и технически характеристики, които оказват минимално съпротивление на потока. Използваното оборудване и материали трябва (доколкото флуидът позволява) да имат нисък коефициент на триене и да бъдат разположени така, че да не нарушават динамиката на потока в инсталацията. Освен това колкото по-дълъг е пътят на флуида до входа на помпата, толкова повече енергия се губи под формата на загуби от триене. Затова помпата трябва да бъде разположена възможно най-близо до източника, от който засмуква. Накрая, ако скоростта на постъпващия в помпата флуид не надвишава 1,5 m/s, се избягват допълнителни загуби от триене в смукателната линия, тъй като с увеличаване на скоростта на флуида се увеличават и загубите от триене в тръбопровода и оборудването.
3. Колена
Колената са елементи на тръбните инсталации, които използваме за промяна на посоката на флуида под различни ъгли. Тази промяна на посоката обаче променя и вътрешната динамика на флуида и води до неравномерно течение. Днес от различни симулации и анализи на потока знаем, че флуидът, преминаващ през коляно, образува неравномерно течение и турбулентност, които повреждат работното колело на помпата и предизвикват вибрации. Освен повредите по работното колело, възникващите вибрации засягат и лагерите и уплътнението на помпата и предизвикват проблеми и там.
За да се избегне това, трябва да се осигури равномерно течение на постъпващия в помпата флуид. Затова, ако е възможно, приоритет е в инсталацията изобщо да не се използват колена. Ако обаче, както в много системи, използването на коляно е неизбежно, за да се осигури равномерно течение на входа на помпата, след коляното до входа на помпата трябва да се предвиди прав участък с дължина най-малко 5 и най-много 10 пъти диаметъра на смукателната тръба. Така флуидът, излизащ от коляното, ще изравни течението си по този участък и няма да създаде проблеми в помпата.
4. В помпата трябва да постъпва флуид, а не въздух!
Поради конструкцията на инсталацията някои високи точки в тръбопроводите създават кухини, в които могат да се натрупват попаднали в инсталацията газове. Когато натрупаните в тези кухини газове постъпят в помпата наведнъж или на различни интервали, те предизвикват кавитационен ефект поради разликите в налягането в помпата и могат да повредят всички части в контакт с флуида. Същевременно увеличаването и натрупването на въздух в тези джобове с времето ограничава преминаването на флуида и помпата не може да засмуква достатъчно количество. Това също скъсява експлоатационния живот на помпата и води до повреди.
Макар да не е възможно количеството въздух в инсталацията да се сведе до нула, можем поне да го намалим до нива, които няма да създават проблеми. Преди всичко, когато инсталацията бъде завършена, тръбопроводът така или иначе е пълен с въздух. Преди подаване на флуид в инсталацията този въздух трябва да бъде напълно обезвъздушен. Освен това в работеща система движението на клапаните и различното оборудване, както и колебанията във флуида, могат да създадат локални зони с ниско налягане. Тези ниски налягания карат разтворения във флуида въздух – дори в много малки количества – да се отделя и отново да се натрупва във високите точки на инсталацията. Този въздух също трябва периодично да се отвежда от системата.
За да се предпазим от въздушни джобове, преди всичко трябва в инсталацията да има възможно най-малко високи точки. При необходимост тези повдигания могат да се изпълнят с преходи под малък ъгъл, като дължината на инсталацията леко се увеличи. Друга мярка е монтирането на обезвъздушителни клапани в точките на инсталацията, където наклонът рязко се увеличава или намалява. Така при необходимост чрез тези клапани въздухът от инсталацията може да бъде изпуснат. Накрая, за да се предотвратят въздушни джобове на смукателната страна на помпите, винаги трябва да се използва ексцентричен преход, а смукателната тръба да се полага с наклон, издигащ се към помпата.
5. Помпата не е опора за тръбната инсталация.
За съжаление в много обекти тръбните инсталации на помпите не са правилно укрепени. В някои случаи помпите дори се използват като опорен елемент на инсталацията. Това обаче може да има доста негативни последици за помпата.
Помпите са машини, създадени да пренасят флуиди от една точка до друга. Тъй като помпата осъществява този пренос, като създава разлика в налягането на флуида, тя самата също е подложена на възникващото налягане и върху частите ѝ действат радиални и аксиални сили. Конструкцията на помпата и използваните материали са проектирани така, че да издържат на тези сили и да позволят на помпата да изпълнява функцията си безотказно през целия си експлоатационен живот при съответната поддръжка. Ако обаче тръбната инсталация на помпата не е достатъчно укрепена и цялото тегло на инсталацията, както и периодично възникващите в нея напрежения се предават на помпата, тя ще работи при много по-големи сили от предвидените. По същия начин, ако инсталацията не е правилно подравнена и елементите ѝ са свързани един с друг „насила“, инсталацията ще предава това напрежение към фланеца на помпата и помпата отново ще работи под действието на външна сила.
Тези външни сили, действащи върху помпата, предизвикват вибрации, шумна работа и чести повреди. В резултат експлоатационният живот на помпата значително се скъсява, а разходите за поддръжка нарастват. Особено в линиите с високотемпературни флуиди разширяването и свиването на тръбите предизвиква периодични натоварвания в инсталацията както във вертикална, така и в хоризонтална посока. В системи с такива флуиди инсталацията задължително трябва да бъде укрепена независимо от помпата, а на смукателния и нагнетателния фланец на помпата трябва да се монтират компенсатори, които да поемат натоварването от инсталацията.
6. Заключение
- Проверете стойностите на NPSH и поддържайте NPSHm висока.
- Разполагайте помпата възможно най-близо до източника, от който засмуква.
- Не допускайте скоростта на флуида в смукателната линия да надвишава 1,5 m/s.
- Определете правилно диаметрите на смукателната и нагнетателната тръба.
- Избягвайте колената, доколкото е възможно.
- Ако използването на коляно е неизбежно, осигурете след него до входа на помпата прав смукателен участък с дължина най-малко 5 пъти диаметъра на тръбата.
- Създавайте възможно най-малко високи точки в инсталацията.
- Монтирайте обезвъздушителни клапани в точките на инсталацията, където наклонът рязко се увеличава или намалява.
- Задължително използвайте ексцентричен преход в смукателната инсталация на помпата.
- Осигурете смукателната тръба да се издига с наклон чак до входа на помпата.
- Укрепете смукателната и нагнетателната инсталация на помпата независимо от самата помпа.
- Уверете се, че тръбната инсталация на помпата е подравнена и елементите не са монтирани „насила“.
- Използвайте компенсатори на фланците на помпата, особено в системи с високотемпературни флуиди.
