Удержание выпускного клапана закрытым во времяЦентробежные насосыЭта операция сопряжена с многочисленными техническими рисками.
Неконтролируемое преобразование энергии и термодинамический дисбаланс
- 1.1 В условиях закрытого контура при резком повышении температуры рабочей среды почти вся подводимая энергия преобразуется в тепловую. Рабочая среда не способна отводить тепло, что приводит к резкому повышению температуры в насосной камере. Непрерывная работа вызывает испарение рабочей среды, ускоряя карбонизацию уплотнительного материала.
1.2 Отказ системы уплотнения В условиях высоких температур и испарения среды механическое уплотнение, работающее за счет смазки и охлаждения среды, выйдет из строя из-за перегрева – возникнет сухое трение, и уплотнительная поверхность сгорит.
Аномальное механическое напряжение
- 2.1 Перегрузка по осевой силе. Осевая сила, возникающая при закрытии клапана, обычно в 1,5-5 раз превышает нормальные условия эксплуатации, и нагрузка на упорный подшипник может достигать или даже превышать его предел прочности, что приводит к разрушению или деформации сепаратора подшипника.
2.2 Вибрация и усталостное повреждение. Разница в тепловом расширении, вызванная высокой температурой, приводит к термической деформации или термическому напряжению, аномальному зазору между рабочим колесом и корпусом насоса, а также к влиянию несбалансированной гидравлической нагрузки, что нарушает динамическую балансировку ротора, усиливает вибрацию и вызывает усталостное повреждение деталей.
Кавитация и повреждение материала
3.1. Испарение инвертированной среды с превышением допустимого кавитационного давления (NPSHa) устройства [снижение кавитационного давления (NPSHa) до уровня, необходимого для насоса, ниже требуемого NPSHr], приводит к образованию пузырьков, а ударная волна, генерируемая при схлопывании пузырьков, может достигать 690 МПа, что вызывает образование ямок и сотовую деформацию рабочего колеса.
3.2 Ухудшение металлографической структуры. У рабочих колес из аустенитной нержавеющей стали при высоких температурах может происходить сенсибилизация, что приводит к увеличению скорости межкристаллитной коррозии и снижению прочности на растяжение. У рабочих колес из углеродистой стали проблемы при высоких температурах более значительны, например, высокотемпературное окисление и обезуглероживание, что приводит к снижению прочности поверхности и общих характеристик; если сталь содержит примеси, такие как сера и фосфор, они легко сегрегируют на границах зерен при высоких температурах, вызывая термическую хрупкость и легкое растрескивание во время эксплуатации; при длительном воздействии высоких температур углеродистая сталь обладает низкой ползучестью, а высокие температуры могут ускорить деформацию ползучести, что в конечном итоге приведет к разрушению рабочего колеса или усталостному разрушению.
Системная безопасность и экономические риски
4.1 Если давление в подшипнике скольжения превышает допустимый предел, и срабатывание запорного клапана приводит к тому, что выходное давление насоса достигает 120-150% от номинального значения, возникает риск прорыва предохранительного клапана через установленное давление, что может вызвать сброс давления или растрескивание сварного шва трубопровода.
4.2 Резкий рост энергопотребления и затрат на техническое обслуживание. Остановка клапана является «критической ситуацией» для центробежных насосов, что значительно увеличивает энергопотребление в краткосрочной перспективе, а в долгосрочной перспективе приводит к серьезному повреждению оборудования, при этом общие затраты на техническое обслуживание могут возрасти в 3-10 раз.
Ухудшение условий работы со специальными средствами массовой информации.
В случае летучих сред (например, сжиженного нефтяного газа) работа закрытого клапана ускорит испарение жидкой фазы, а газожидкостный двухфазный поток в насосной камере вызовет резкие изменения потока, что приведет к периодическим колебаниям осевых сил и ускорит износ компонентов.
Опыт работы в отрасли и требования стандартов
6.1 Опыт эксплуатации. Согласно фактическому опыту применения в машиностроении, предельное время работы клапана центробежного насоса не должно превышать 2 минут, обычно оно ограничивается 1 минутой. Рекомендуется установить систему блокировочного управления для автоматического запуска программы защиты от отключения при закрытии выходного клапана и превышении допустимого времени работы.
6.2 Стандартная спецификация требует, чтобы стандарт API 610 12-го издания указывал на то, что некоторые высокоэнергетические насосы со встроенным редуктором или многоступенчатые насосы имеют быстрое повышение температуры при закрытом выходном клапане, что делает проведение испытаний невозможным и/или небезопасным при закрытом клапане. Повышение температуры тесно связано с удельной мощностью. Удельная мощность PD может быть аппроксимирована следующим образом:
Номинальная мощность (P): мощность на ступень при подаче воды в л.с. (или МВт)
D imp: Номинальный диаметр рабочего колеса в дюймах (или метрах).
Сопло D: Номинальный диаметр выходного фланца в дюймах (или метрах). Для одноступенчатых насосов с двойным всасыванием сопло D соответствует диаметру входного фланца.
Типичное критическое значение для ПДП составляет 0,286 л.с./дюйм³ (13 МВт/м³), при превышении которого рекомендуется не запускать насос с закрытым выходным клапаном во время испытаний производительности.
Дата публикации: 04.06.2025