离心泵变频控制对分支管路流量控制性能的影响分析.pdf

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1、第7期罗雄麟等.离心泵变频控制对分支管路流量控制性能的影响分析749离心泵变频控制对分支管路流量控制性能的影响分析罗雄麟叶松涛许锋(中国石油大学自动化研究所,北京102249)摘要针对流量调节方式中以节能为目的的变频调节,说明了其在分支管路流量控制领域中应用的局限性。首先,针对分支管路模型,通过分支管路阀门开度对分支管路流量控制性能的影响分析,论证了变频调节节能优势的减弱。其次,将离心泵的变频调速调节与节流调节进行比较,分析并证明了变频调节存在当流量较低时阀后压力过低,满足不了后续工艺要求的缺点。鉴于变频

2、调节优点的减弱和依旧明显的缺点,最终得出结论:变频调节在分支管路流量控制的应用中存在一定局限性。关键词分支管路流量调节变频调节节流调节离心泵中图分类号TH701文献标识码A文章编号1000-3932(2014)07-0749-05①离心泵作为一种通用的流体输送机械,用来1分支管路及模型基础增加流体能量,克服流量阻力,达到沿管路输送流在实际的工艺流程中,流量设定值往往随着[1]体的目的。分支管路作为流体传输的重要输运工况的不同而发生改变。对于分支管路系统,流工具,广泛应用于炼油化工领域,是加热炉、换热体在分

3、支管路中流量调控效果的好坏,很大程度网络、反应器及锅炉等设备中普遍的流量分配输上决定了这些装置运行是否安全、经济。例如在[2]送装置。加热炉支路平衡控制中,通过对分支管路流量的由于工艺条件或生产要求的变化,需要对总调控,实现出口温度的平衡,避免了炉管结焦和能[9,10]流量和各分支流量进行调节,以满足系统对流量量损失。的要求。目前,流体运送系统中流量调节的方法图1为常见的分支管路系统示意图,通过对主要有节流调节和离心泵变频调速调节。节流调总流量进行反馈来控制总阀门开度或泵的转速节是靠改变管路特性曲线来改变

4、流量的,通过改(变频器),通过对分支流量进行反馈来控制分支变阀门开度来调节流量的大小以满足工况需求,阀门的开度。但是此过程中大部分能量都被消耗在了阀门的节为简化起见,假定流动为平推流,在管子径向流环节和冗余设计泵的出口阀压降上面。变频调方向上无速度梯度,略去传导项,并用(-F)表示速方法是在不改变管路特性曲线的基础上改变泵按单位体积计算管路中的流体对外界所作用的[11]的特性曲线来调节流量,避免了消耗在阀门上的力,即摩擦力。动量衡算式为:能量,因此变频调节与节流调节相比的主要优势抄Γ=-磹(Γ珗u)+G-

5、F[3~5]抄t是节能。式中G———源,G=grad(P+ρgz);针对简单的无分支管路的流体输送系统,笔Γ———性质,Γ=ρu。者已经通过对比两种调节方式稳态时的压力变化对总管长L和4个分支管路分别积分,得到和操作条件突变时动态响应情况,说明了变频调[6~8]管路动态方程:速调节在实际应用中存在的不足。而针对调ρLdQ控要求更加复杂的分支管路流体传输系统,离心=p1-p4+ρgz1-ρgz2-ΔpL+Δp-ΔpC(1)Adt泵变频调节的节能优点和压力不足的缺点有何变化,对于在分支管路设计、系统控制方案设

6、计及实际流量调控操作中都具有重要意义。①收稿日期:2013-11-15(修改稿)750化工自动化及仪表第41卷图1常见的分支管路系统示意图ρLidQili+∑leiρg1=p4-p5+ρgz2-ρgz3-ΔpLi-ΔpCi,i=1,2,3,4(2)bLi=λ+∑ξi2AidtDi2π2Di24式中A———管路横截面积,m;式(1)~(5)组成了分支管路系统的数学模L———管路长度,m;型。p4、p5———分支管路分叉口和汇合口的压力;32分支管路阀门开度对流量控制的影响分析Q———各流体体积流量,m/s;

7、分支管路流体传输系统对流量调控的要求更z———各流体截面中心到基准面的垂直距加复杂,流量调节通常有两种情况:改变总流量后离,m;3相应地分配各分支流量的设定值和改变各分支流ρ———流体密度,kg/m;[13]量而保持总流量不变。总流量的调节可通过Δp———泵提供的压力,Pa;节流或者离心泵变频调控,而分支管路流量的调ΔpC———阀门压降损失,Pa;节则是通过调节各分支管路上阀门的开度来实现ΔpL———所取流体截面之间管路的压力损的。在系统额定工况下,分支管路阀门开度的大失,Pa。小也将会对系统的流量调控性

8、能产生影响。阀门压降为:2以此分支管路系统流量调节为例进行仿真分ΔpCi=bCiQi(3)析。输送流体为水,泵型号为150Y-150×2B离心变频调节中阀门开度保持一定,通过改变泵泵,扬程H0=300m,转速n0=2950r/min=的转速来改变流量。转速改变时离心泵提供的压49.17r/s。在保证总流量不发生改变的情况下,力为:n2n通过协调4个分支管路阀门开度来实现分支管路2Δp=a+bQ+cQ(4)n0n0流量调节。在分

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