自动回流控制阀在高速泵上的安全保护分析及应用尹路鹏

自动回流控制阀在高速泵上的安全保护分析及应用尹路鹏

尹路鹏

天津精通控制仪表技术有限公司天津

摘要：高速泵素来以大流量、高扬程的优越性能，广泛地应用于石油化工行业。但在设计选型、设备改造及生产操作过程中，人们往往将主要精力更多地集中在其工艺输出性能上，却忽略其回流保护的性能要求，导致设备在运行中存在缺陷和隐患。通过对ARC阀在高速泵上的成功应用，不仅为高速泵回流保护措施搭建了一个崭新的技术平台，而且还进一步拓宽了这一技术的应用范围。

关键词：自动回流控制阀；高速泵；限流孔板最小回流量保护

1前言

公司改扩建成功后，原料油高速泵仍采用传统的限流孔板来提供最小回流量作为设备运行的必要保护措施。孔板的最小回流量一般为高速泵的出口总输出量设计值的20%～25%，设备在正常运行时，不仅造成这部分流量的损失，增加电能的消耗.同时也因孔板存在前后压差值大的缺陷，成为管线振动较大不可忽视的因素，不利于孔板的正常投用。直接影响生产的安全平稳运行。特别是进炉阀先后3次因事故而突然关闭，并导致设备受损，暴露出回流保护措施所存在的隐患。因此，改造高速泵，提高设备自身的回流保护能力，对我厂安全生产具有重要的现实意义。

2原因分析

该高速泵属于切线增压泵，叶轮叶片为开式径向直叶片。其液压室是一个圆形的环形空间，在圆周的切线方向，只有一个喉径不大的锥形扩压管作为泵的排液管。高速泵在运转时，液体经吸液管自轴向进入叶轮，经液压室排出。因环形液压室的液体只有在扩压管入口处才有一部分液体排出泵外，其余的液体依旧在环形空间不断地高速旋转。因此，高速泵是一种部的分流泵。最小回流量是该泵自身正常运行所必需突然停车时，因管线阻力大回流无法及时将泵出口的物料通过回流的保护措施，以防止泵在送流量低于一定值或为零的情况下，液压室内大部分流体无法及时排出，在叶轮的带动下长时间高速旋转，使得温度逐渐升高，液体随之气化而诱发汽蚀，导致高速泵严重受损。因此，高速泵必须具备在送出流量为零的特殊工况下，能以最小回流量为防护措施，保证设备运转过程中的安全。针对进料控制阀因故障突然关闭，导致高速泵受损及其在运转过程中管线振动大的问题.。通过分析，确认原因如下：

（1）限流孔板前后压差及回流管线阻力很大，造成管线振动加剧，影响了设备的正常运行。

（2）进料控制阀突然关闭时，因回流管线阻力大，导致液体回流通畅性较差，无法及时将泵出口的液体通过回流管线迅速排出。

（3）泵出口无回流自动调节系统保护。

3改造方案

3.1改造目标

根据上述的分析结果，确定高速泵改造后能够实现如下目标：

（1）高速泵在运行过程中一旦遇到进料控制阀突然关闭，即在泵出口输出流量为零的情况下，应具有自身回流保护能力。

（2）在提高设备回流保护的前提下，解决管线振动大的问题。

（3）高速泵改造后，应具备回流量可随时自动调节的功能控制，并确保在进料最低负荷条件下维持高速泵的稳定运行。

3.2改造方案确定

起初在方案选择上曾考虑改造泵体部件以提高总输出流量，但因其技术复杂且需更换电机，耗资较大.受限因素多，短时间无法完成。而后又考虑采用自动调节阀加仪表流量控制技术，但仪表控制信号反馈延时的问题也不易解决，调节阀动作控制影响因素较多，若以此方案实施改造，实现进料工况负荷达到平稳运行的生产要求难度很大。为此，在多方论证后决定将RAYWAY公司早先用于锅炉给水泵上的ARC阀（AUTOMATICRE—TURNVALVE）技术加以应用，对高速泵U—GA101C和U—GA102C实施改造。

3.2.1ARC阀工作原理

ARC阀即自动回流控制阀，是一种带内部流量控制的三通阀，由以下主要部件组成：阀体、弹簧、测流盘、阀座和导向杆。

流量正常状态下，测流盘3在流体作用下克服弹簧2阻力并脱离阀座4，带动导向杆5上升，导向杆5内孔随之脱离旁通区，回流消失，泵送流量全部通过阀体1；流量异常状态下，测流盘3向下接近阀座4，并带动导向杆5下降，导向杆5内孔随之进入旁通区，部分流体通过导向杆5内孔进入旁通，形成回流，以保护泵体不受损坏。

3.2.2技术优点

（1）测流盘同时作为止逆阀，对泵提供即时保护。

（2）安装方便，无外设电、仪信号及线路，操作简单，结构紧凑，无需复杂控制操作。

（3）设计安全性高，除阀体法兰外，无外漏点。使用过程中无需维护，操作费用低。

（4）正常状态下，旁通流量几乎为零。若安装背压调节减振器.可解决管线振动问题。

4改造效果及经济效益

4.1改造效果

改造装置先后4次因仪表信号故障、工况不稳定等原因，导致突然停车，该阀均动作正常，迅速形成回流保护，经历了负荷波动严重的考验，从而避免了以往因类似故障而造成的设备受损，有力地保证了高速泵U—GA101C和U一102C在装置突然停车状态下的安全运转同时，由于在回流管线上安装背压调节减振器，管线振动大的问题也得以成功解决，实现了既定的改造目标.为装置的“安、稳、长、满、优”运行提供了有力的保障。

4.2经济效益

4.2.1直接经济效益

（1）装置自开车以来先后发生了7次上述类似事故，若未对高速泵进行改造，则均会导致设备受损，影响正常生产。维修费约为8万元/次，累计可节约设备维修费56万元。

（2）另外，改造后高速泵的电机耗电也因回流管线阻力减小而下降，电流由80A降至70A，每台运行的高速泵每年可节约耗电380×（80—70）×365×24/1000=33288（度）。若以每度电价格为0.45元计，每台高速泵每年可节约耗电资金为0.45×33288=14979.6元。

4.2.2间接经济效益

（1）采用ARC阀技术，最小回流量由改造前的一定值（16.4m/h），变为回流量可随时自动调节控制，高速泵在乙烯装置突然停车的工况下能够平稳运转的基础上，可维持装置最低负荷的运行，为迅速恢复正常生产工况创造了有利的条件。

（2）由于改造后高速泵的回流量为自动调节控制，可充分利用原来16.4m/h的最小回流量作为满足本装置继续提升负荷的要求，避免了为满足生产要求而启动备用泵所造成的耗电损失。

（3）为其它4台高速泵U—GA101A、B和U—GA102A、B进行同样的改造积累了宝贵的经验，提供了有力的科学依据。为将来本装置的生产规模再次提升，寻找出了一条节能降耗、深入挖潜、减少投资的新途径。

5结束语

分析了限流孔板作为高速泵回流保护措施所存在的缺陷，论述了技术改造方案的选择，并以改造后设备的实际运行情况阐述了自动回流控制（ARC）阀，在高速泵回流保护中所起的作用。