Повышение КПД центробежных насосов путем использования при прове. Мастермеханик цеха разлива углеводородов В. В. Попадюк Украина, г. Калуш ООО карпатнефтехимм Всегда в движении!
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
мастер-механик цеха разлива углеводородов В.В. Попадюк Украина, г. Калуш ООО «КАРПАТНЕФТЕХИММ» Всегда в движении! Повышение КПД центробежных насосов путем использования при проведении ремонтных работ специальных полимерных покрытий Всегда в движении! 1 При выполнении работы были поставлены следующие цели: - исследовать эффективность использования специальных полимерных материалов на отечественной и зарубежной насосной технике, как при введении её в эксплуатацию, так и при проведении плановых и капитальных ремонтов. - провести анализ эффективности использования данного покрытия в разных типах насосов, на разных рабочих средах. - оценить перспективы развития данного метода. Цели работы Всегда в движении! 2 Основная часть. Пути повышения КПД центробежных насосных агрегатов Одной из основных характеристик энероэффективности центробежного насосного агрегата является КПД. КПД отображает величину потерь энергии на различных режимах работы насоса, определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности). Потери мощности в центробежном насосе возникают в следствии действия множества факторов, которые можно разделить на: - гидравлические; - объемные; - механические; Изучение природы и знание потерь позволяет найти оптимальные пути совершенствования нового и эффективного ремонта уже работающего насосного оборудования. Рассмотрим детальнее причины возникновения и сущность потерь, для того чтобы оценить их возможные значения и определить пути их понижения. Всегда в движении! 3 Основная часть. Пути повышения КПД центробежных насосных агрегатов Гидравлические потери - это суммарные потери при движении жидкости по жиидкосным каналам, они определяются гидравлическим КПД. Их условно можно разделить на: - потери трения при движении жидкости в каналах проточной части насоса которые на прямую зависят от вязкости перекачуемой жидкости; - вихревые «ударные» потери включают в себя потери на удар потери на вихревые рассеивание, потери связанные с отрывом потока при обтекании рабочих органов насоса. В каналах насоса (от входного до выходного патрубка) нет ни одного участка, где бы ни изменялось как направление потока, так и сечение, и форма каналов. Кроме того, межлопастные каналы рабочего колеса вращаются, что нарушает распределение скорости в них и влияет на гидравлические потери. Важно отметить, что указанные потери минимальны в оптимальном режиме и возрастают при отклонениях от него. - вихревые «дыффузорные» потери связанные с образованием вихревых следов за лопастями колеса концевые лопастные потери, диффузорные потери, потери в диффузорных каналах отвода и др. не зависящие от режима работы насоса. К гидравлическим относят также потери на гидравлическое торможение, возникающее в результате образования вторичных потоков жидкости на входе и выходе из колеса в режимах, отличных от оптимального. Многочисленные эксперименты показали, что повышение класса шероховатости проточной части насосов позволяет увеличить КПД насоса на 2 - 6%. В общем, как показывают исследования, гидравлическая составляющая КПД разных типоразмеров насосов в рабочей области находится в диапазоне значений 80 – 90% Всегда в движении! 4 Основная часть. Пути повышения КПД центробежных насосных агрегатов Объемные потери – это потери связанные с перетоками в зазорах между вращающимися и неподвижными деталями, так называемые утечки жидкости, которые снижают подачу насоса. Для уменьшения перетоков в зазорах, под действием перепадов давления между смежными полостями в насосах, обычно предусматривают щелевые уплотнения проточной части. Для определения утечек в первую очередь необходимо определить сопротивление кольцевых щелевых уплотнений на которое существенное влияние оказывают эксцентриситет и перекос осей внутренней и наружной поверхности уплотнений, частота вращения, техническое состояние щелевых уплотнений, входные потери и т. д. Например при эксцентричном зазоре в щели под действием перепада давления может возникнуть гидродинамическая сила, которая оказывает существенное влияние на вибрационное состояние ротора (рабочего колеса с валом). Для перекачивания перетокв приходится тратить дополнительную мощность, что прямо сказывается на экономичности работы насоса. Утечка между ступенями многоступенчатого насоса хотя и не требует затраты энергии, но оказывает влияние на характер движения в улите и косвенно влияет на механические потери. Утечки (перетоки) в разгрузочном устройстве рассматриваются как дополнительные механические потери. Объемная составляющая КПД разных типоразмеров насосов в рабочей области находится в диапазоне значений 95,5 – 97% Всегда в движении! 5 Механические потери - в насосе состоят из потерь на трение в концевых уплотнениях различного типа, в подшипниках (внешние) и из так называемых дисковых потерь (внутренние). Внешние механические потери зависят от размеров вала, типа концевых уплотнений и от частоты вращения. Эти потери можно измерить при «холостом» (без рабочей жидкости) вращении насоса. Дисковые потери в центробежных насосах средней и большой мощности являются основным видом механических потерь. Под дисковыми потерями подразумеваются потери энергии на трение рабочей жидкости о наружные поверхности вращающегося колеса. Хотя они носят гидравлический характер, это механические потери, связанные с изменением потребляемой насосом мощности, и отличаются от гидравлических потерь, которые определяются потерями напора (давления). Многочисленные опыты показывают следующее: - при вращении дисков в среде с неограниченным объемом потери мощности на дисковое трение гораздо больше, чем при их работе в замкнутом объеме в корпусе центробежного насоса (в следствии восстановления части кинетической энергии потока в пазухе между колесом и стенкой корпуса); - потери на дисковое трение зависят от шероховатости поверхностей дисков колеса и стенок корпуса насоса; - потери мощности на трение дисков являются функцией от вязкости рабочей среды. По усредненным данным внутренняя механическая составляющая КПД составляет 97-99% внешняя механическая составляющая КПД составляет в среднем 96-98% Основная часть. Пути повышения КПД центробежных насосных агрегатов Всегда в движении! 6 Зная усредненные диапазоны значения составляющих общего КПД насоса, проведем расчет диапазона его возможных значений по формуле: Полученные цифры показывают, что новые насосы, которые еще не были в эксплуатации, в нормальном рабочем режиме, имеют больше потери энергии. Говоря о насосных агрегатах, которые уже долгое время эксплуатируются нужно отметить, что их КПД имеет значительно меньшие значения. Над увеличением КПД необходимо упорно работать, и взяв во внимание приведенные выше цифры понятно, что поле для деятельности есть большое. При поиске метода совершенствования центробежных насосных агрегатов учитывались все имеющиеся недостатки, данные о влиянии различных неблагоприятных факторов, зарубежный и отечественный опыт. Проведя исчисления, получим диапазон возможных значений КПД центробежных насосов: Основная часть. Пути повышения КПД центробежных насосных агрегатов Всегда в движении! 7 Суть предложенного метода состоит в нанесении на поверхности деталей проточной части насоса специальных полимерных материалов (в нашем случае использовали материалы фирмы «BELZONA». Материалы наносятся на очищенные, методом дробеструйной или пескоструйной очистки, поверхности проточной части насоса с последующей полимеризацией. Если насосный агрегат был в эксплуатации, и на поверхностях деталей его проточной части имеются разного рода повреждения, то с использованием таких материалов их можно легко устранить. Нанесенное покрытие обрабатывают для получения необходимых параметров поверхности и геометрии улиты, рабочего колеса и т.д. Анализируя рабочие характеристики полимерного покрытия, следует отметить, что оно имеет хорошую адгезию с углеродными и нержавеющими сталями и другими конструкционными металлами, высокую абразивную устойчивость, как в сухих, так и во влажных условиях, стойкость к кавитации. Покрытие также хорошо сохраняет рабочие характеристики при температуре до 180 0 С. Отличная стойкость покрытия в воде, водных растворах различных солей, органических средах, в щелочных растворах определяет область его применения. Используемые для повышения КПД полимерные покрытия после полимеризации имеют гладкие поверхностные покрытия, гидрофобные, с низкой поверхностной энергией и с наполнителями, повышающими сопротивление абразивному износу. Они образуют сверх гладкую поверхность, которая уменьшает толщину пограничного слоя перекачиваемой жидкости и снижает внутреннюю турбулентность, что приводит к увеличению гидравлического КПД. Анализ эффективности использования специальных полимерных покрытий проточной части насоса Всегда в движении! 8 Анализ эффективности использования специальных полимерных покрытий проточной части насоса «Гладкость» поверхности этого типа покрытия в 10 раз выше, чем поверхности полированной нержавеющей стали. Его гидрофобная природа заставляет жидкость просто "катиться" вдоль поверхности (Рисунок 1) и сводит к минимуму абразивный износ, благодаря введенным в состав смазывающим смесям и абразивостойким наполнителям. Рисунок 2 – Смачивание поверхности деталей проточной части насоса жидкостью. в) гидрофобного полимерного покрытия, а, б) металической поверхности. а) б) в) Всегда в движении! 9 Анализ эффективности использования специальных полимерных покрытий проточной части насоса Как видно на фото (Рисунок 2а) в процессе эксплуатации насоса поверхности деталей проточной части повреждены коррозией, эрозией, кавитацией. Во время капитального ремонта насоса были проведены: - пескоструйная очистка проточной части насоса, - восстановление поврежденных деталей проточной части с использованием полимерных материалов, - покрытие восстановленной поверхности проточной части композитным полимерным материалом фирмы BELZONA (Рисунок 2б). Время полной полимеризации, материала Supermetalglide, после приготовления, при температуре 20 0 С составляет 24 часа. Все работы выполнены на ремонтном участке предприятия. Рисунок 2 - Фото проточной части насоса . а) до проведения ремонта, б) после проведения ремонта Всегда в движении! 10 Технико-экономическая эффективность На коммунальных предприятиях водоснабжения, производственных предприятиях, в разных технологических процессах применяются центробежные насосные агрегаты. В течение срока службы центробежного насоса стоимость потребленной энергии значительно превосходит стоимость самого оборудования. Следовательно, эффективная эксплуатация насоса является весьма важной для оптимизации эксплуатационных расходов, поскольку любое увеличение эффективности перекачивания жидкости немедленно дает экономию в части потребления электроэнергии. Важным моментом является и строк окупаемости предложенного метода. Затраты на внедрения состоят из затрат на покупку специального полимерного композитного материала, и стоимости работ по его нанесению на центробежном насосе оборотной воды тех. поз. Р9105 тип TR300/9/4 фирмы ТHYSSEN (p=4.5 бар, Q=1200 м3/ч, Nн=230 кВт, n=1500об/мин., КПД=78%) - для насоса Р9105 они составили - 1 100,0 $. - полученная в процессе эксплуатации, после внедрения, экономия на электроэнергии за 1 год по приведенным расчетам составила 12 121,9 $. Учитывая большую долговечность этого полимерного покрытия, полученные данные еще раз подтверждают экономическую эффективность предложенного метода. Но нужно иметь в виду, что для проведения расчёта взято минимальное возможное значения увеличения КПД 3%, среднее значение как минимум в 2 раза выше для новых насосов и в 5-12 раз для насосов, бывших в работе. Всегда в движении! 11 Подводя итоги важно отметить, что: 1.Нанесение полимерного покрытия не требует использования специализированного дорогостоящего оборудования. 2. Для нанесения покрытия нет необходимости транспортирования насосного оборудования на большие расстояния, так как оно может быть проведено непосредственно по месту эксплуатации или на ремонтном участке предприятия, где эксплуатируется насос. 3. Свойства специальных полимерных материалов позволяют также легко применять их для ремонта и восстановления рабочих органов насосных агрегатов, которые ранее уже были в эксплуатации, что в последствии приводит не просто к восстановлению рабочих характеристики до исходной величины, но и их улучшению. 3. Также, обработанные с использованием специальных полимерных материалов составные части насосных агрегатов, получают улучшенные сопротивление коррозии, эрозии, кавитации, при проведении несложных процедур достигается высокий класс чистоты, шероховатости поверхности, поверхность долгое время сохраняет исходные характеристики в неблагоприятных условиях. 4. Использование специальных полимерных материалов позволяет уменьшить поверхностную связь (материал насоса – перекачиваемая жидкость) и соответственно, смачивание перекачиваемой жидкостью деталей насоса, тем самым улучшая параметры потока жидкости, что, в свою очередь благоприятно влияет на его рабочие характеристики. Выводы СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ |