Cách tối ưu hóa hoạt động của bơm tách ngang (Phần B)
Thiết kế/bố trí đường ống không đúng cách có thể dẫn đến các vấn đề như mất ổn định thủy lực và hiện tượng xâm thực trong hệ thống bơm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực, cần tập trung vào thiết kế đường ống hút và hệ thống hút. Hiện tượng xâm thực, tuần hoàn bên trong và cuốn theo không khí có thể dẫn đến mức độ tiếng ồn và độ rung cao, có thể làm hỏng phớt và ổ trục.
Đường tuần hoàn bơm
Khi một máy bơm phân chia ngang phải hoạt động ở các điểm vận hành khác nhau, có thể cần một đường tuần hoàn để đưa một phần chất lỏng đã bơm trở lại phía hút của bơm. Điều này cho phép bơm tiếp tục hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy tại BEP. Việc đưa một phần chất lỏng trở lại sẽ làm lãng phí một số điện năng, nhưng đối với các bơm nhỏ, điện năng bị lãng phí có thể không đáng kể.
Chất lỏng tuần hoàn phải được đưa trở lại nguồn hút, không phải đến đường ống hút hoặc ống vào của bơm. Nếu chất lỏng được đưa trở lại đường ống hút, nó sẽ gây ra nhiễu loạn tại điểm hút của bơm, gây ra các vấn đề vận hành hoặc thậm chí là hư hỏng. Chất lỏng được đưa trở lại phải chảy ngược về phía bên kia của nguồn hút, không phải đến điểm hút của bơm. Thông thường, các bố trí vách ngăn thích hợp hoặc các thiết kế tương tự khác có thể đảm bảo rằng chất lỏng trả về không gây ra nhiễu loạn tại nguồn hút.
Hoạt động song song
Khi một lớn duy nhất máy bơm phân chia ngang không khả thi hoặc đối với một số ứng dụng lưu lượng cao, nhiều máy bơm nhỏ hơn thường được yêu cầu hoạt động song song. Ví dụ, một số nhà sản xuất máy bơm có thể không cung cấp được máy bơm đủ lớn cho một gói máy bơm lưu lượng lớn. Một số dịch vụ yêu cầu nhiều luồng hoạt động trong khi một máy bơm đơn lẻ không thể hoạt động kinh tế. Đối với các dịch vụ được đánh giá cao hơn này, việc tuần hoàn hoặc vận hành máy bơm xa BEP của chúng sẽ gây lãng phí năng lượng đáng kể và các vấn đề về độ tin cậy.
Khi máy bơm được vận hành song song, mỗi máy bơm tạo ra ít lưu lượng hơn so với khi chúng hoạt động riêng lẻ. Khi hai máy bơm giống hệt nhau được vận hành song song, tổng lưu lượng sẽ ít hơn gấp đôi lưu lượng của mỗi máy bơm. Vận hành song song thường được sử dụng như một giải pháp cuối cùng mặc dù có các yêu cầu ứng dụng đặc biệt. Ví dụ, trong nhiều trường hợp, hai máy bơm hoạt động song song sẽ tốt hơn ba hoặc nhiều máy bơm hoạt động song song, nếu có thể.
Vận hành song song các máy bơm có thể là một hoạt động nguy hiểm và không ổn định. Các máy bơm vận hành song song đòi hỏi phải tính toán kích thước, vận hành và giám sát cẩn thận. Các đường cong (hiệu suất) của mỗi máy bơm cần phải tương tự nhau - trong phạm vi 2 đến 3%. Các đường cong kết hợp của máy bơm phải tương đối phẳng (đối với các máy bơm chạy song song, API 610 yêu cầu tăng cột áp ít nhất 10% cột áp tại lưu lượng định mức đến điểm chết).
Chia theo chiều ngang Bơm trường hợp piping
Thiết kế đường ống không phù hợp có thể dễ dàng dẫn đến rung động quá mức của máy bơm, sự cố ổ trục, sự cố phớt, hỏng hóc sớm các bộ phận của máy bơm hoặc sự cố thảm khốc.
Đường ống hút đặc biệt quan trọng vì chất lỏng phải có điều kiện vận hành phù hợp, chẳng hạn như áp suất và nhiệt độ, khi nó đến lỗ hút của cánh bơm. Dòng chảy đều, trơn tru giúp giảm nguy cơ tạo bọt và cho phép bơm hoạt động đáng tin cậy.
Đường kính ống và kênh có tác động đáng kể đến áp suất. Theo ước tính sơ bộ, tổn thất áp suất do ma sát tỷ lệ nghịch với lũy thừa năm của đường kính ống.
Ví dụ, đường kính ống tăng 10% có thể giảm tổn thất áp suất khoảng 40%. Tương tự, đường kính ống tăng 20% có thể giảm tổn thất áp suất 60%.
Nói cách khác, tổn thất áp suất ma sát sẽ nhỏ hơn 40% tổn thất áp suất của đường kính ban đầu. Tầm quan trọng của áp suất hút dương ròng (NPSH) trong các ứng dụng bơm khiến thiết kế đường ống hút bơm trở thành một yếu tố quan trọng.
Đường ống hút phải đơn giản và thẳng nhất có thể, và tổng chiều dài phải được giảm thiểu. Máy bơm ly tâm thường phải có chiều dài chạy thẳng bằng 6 đến 11 lần đường kính đường ống hút để tránh nhiễu loạn.
Thông thường cần có bộ lọc hút tạm thời, nhưng nói chung không nên sử dụng bộ lọc hút cố định.
Giảm NPSHR
Thay vì tăng NPSH đơn vị (NPSHA), các kỹ sư đường ống và quy trình đôi khi cố gắng giảm NPSH yêu cầu (NPSHR). Vì NPSHR là một hàm của thiết kế bơm và tốc độ bơm, việc giảm NPSHR là một quá trình khó khăn và tốn kém với các tùy chọn hạn chế.
Lỗ hút của cánh quạt và kích thước tổng thể của bơm tách ngang là những cân nhắc quan trọng trong thiết kế và lựa chọn bơm. Bơm có lỗ hút của cánh quạt lớn hơn có thể cung cấp NPSHR thấp hơn.
Tuy nhiên, các lỗ hút cánh quạt lớn hơn có thể gây ra một số vấn đề về vận hành và động lực học chất lỏng, chẳng hạn như các vấn đề tuần hoàn. Máy bơm có tốc độ thấp hơn thường có NPSH yêu cầu thấp hơn; máy bơm có tốc độ cao hơn có NPSH yêu cầu cao hơn.
Máy bơm có cánh quạt hút lớn được thiết kế đặc biệt có thể gây ra các vấn đề tuần hoàn cao, làm giảm hiệu quả và độ tin cậy. Một số máy bơm NPSHR thấp được thiết kế để hoạt động ở tốc độ thấp đến mức hiệu quả tổng thể không kinh tế cho ứng dụng. Những máy bơm tốc độ thấp này cũng có độ tin cậy thấp.
Máy bơm áp suất cao cỡ lớn phải tuân theo những hạn chế thực tế tại địa điểm như vị trí đặt máy bơm và cách bố trí bình/bể hút, khiến người dùng khó có thể tìm được máy bơm có NPSHR đáp ứng được những hạn chế đó.
Trong nhiều dự án cải tạo/sửa chữa, bố cục mặt bằng không thể thay đổi, nhưng vẫn cần một máy bơm áp suất cao lớn tại chỗ. Trong trường hợp này, nên sử dụng máy bơm tăng áp.
Máy bơm tăng áp là máy bơm tốc độ thấp có NPSHR thấp hơn. Máy bơm tăng áp phải có cùng lưu lượng với máy bơm chính. Máy bơm tăng áp thường được lắp đặt ở phía thượng lưu của máy bơm chính.
Xác định nguyên nhân gây rung động
Lưu lượng thấp (thường ít hơn 50% lưu lượng BEP) có thể gây ra một số vấn đề về động lực học chất lỏng, bao gồm tiếng ồn và độ rung từ hiện tượng tạo bọt, tuần hoàn bên trong và sự cuốn theo không khí. Một số máy bơm vỏ tách có thể chống lại sự bất ổn của tuần hoàn hút ở lưu lượng rất thấp (đôi khi chỉ bằng 35% lưu lượng BEP).
Đối với các máy bơm khác, tuần hoàn hút có thể xảy ra ở khoảng 75% lưu lượng BEP. Tuần hoàn hút có thể gây ra một số hư hỏng và rỗ, thường xảy ra ở khoảng giữa các cánh bơm.
Tuần hoàn đầu ra là sự mất ổn định thủy động lực học cũng có thể xảy ra ở lưu lượng thấp. Sự tuần hoàn này có thể do khe hở không phù hợp ở phía đầu ra của cánh quạt hoặc vỏ cánh quạt. Điều này cũng có thể dẫn đến rỗ và hư hỏng khác.
Các bong bóng hơi trong dòng chất lỏng có thể gây ra sự bất ổn và rung động. Hiện tượng sủi bọt thường làm hỏng cổng hút của cánh bơm. Tiếng ồn và độ rung do hiện tượng sủi bọt gây ra có thể bắt chước các sự cố khác, nhưng việc kiểm tra vị trí rỗ và hư hỏng trên cánh bơm thường có thể phát hiện ra nguyên nhân gốc rễ.
Sự cuốn khí thường xảy ra khi bơm chất lỏng gần điểm sôi hoặc khi đường ống hút phức tạp gây ra sự nhiễu loạn.