最佳工程实践：优化并联离心泵系统

前言

当多台离心泵作为并联泵送系统的一部分连续运行时，可能会有显著节能的机会。例如，当单台泵可以满足工艺流量要求时，系统中的主泵和备用泵经常一起运行。这可能源于一种常见的误解，即并联运行两台相同的泵会使流量加倍。虽然并联运行确实会增加流量，但它也会导致更大的流体摩擦损失和更高的出口压力，降低每台泵提供的流量，并改变每台泵的效率。此外，泵送给定的流体体积（流量）需要更多的能量。

并联泵基本特性

设计人员可以通过特定并联泵送装置来扩展泵送系统的运行范围（见图1）。将并联泵添加到以静压头为主的系统时，流量会有较大的增加。可以对并联泵进行分级和控制，以有效满足可变流量要求所需泵的数量。

图1 – 并联运行的两台相同泵的复合曲线

总系统流量等于每台泵在系统扬程或出口压力下的流量之和。当使用相同型号且叶轮直径和转速相同时，并联泵提供均衡的或相等的流量。在可能的情况下，推荐的设计实践是将并联泵从低系统流量（较少的泵运行）下的最佳效率点（BEP）移动到最高流量上的BEP左侧。理想的情况是，在总体流量与时间的对比中，泵的平均运行效率最高。

不同的泵也可以并联运行，只要泵具有相似的关死点扬程特性和/或除非采取措施防止死区（dead- heading），否则不要一起连续运行。

应用

一般来说，并联泵在以静压头为主的系统中，提供了良好的操作灵活性，但在以摩擦为主的系统中几乎没有那么有效。只要单台泵可以满足系统要求，建议避免并联运行两台泵。一个例外情况是，某些存储应用（储罐）具有按时间段的能源费率或高“高峰期”需求费用。此外，一定要考虑多台泵消耗的能量与具有可调速驱动控制的单台泵消耗的能量相比。当这些泵接近无流量或关闭扬程时，应选择多台具有以恒定比率（斜率）上升的扬程与流量性能曲线的泵。

流程工业中使用的一些高效、高扬程/低流量离心泵，性能曲线具有“驼峰（下垂）”特性。这些泵以一定的流量提供峰值压力，在接近零流量时泵的扬程会降低。在流量要求可能接近零的情况下，具有驼峰扬程-流量曲线的相同泵，不应在可变流量下并联运行。

示例

有一台中开离心泵，在接近其最佳效率点的位置运行，在138 ft的总扬程下提供2,000 gpm的流量。静态扬程为100 ft。泵以90 %的效率运行，泵送介质比重为1的流体。驱动机效率为94 %，泵送装置需要61.4 kW的输入功率。

当开启相同的两台并联泵时，复合系统的工作点在159 ft扬程、流量移动至2,500 gpm（见图1）。每台泵现在以80 %的效率运行，同时提供1250 gpm的流量。虽然流体流量仅增加25 %，但泵送系统所需的电力增加了62.2 %：

对于流体输送应用，检查每百万加仑泵送流体所需要的能量是有帮助的。单台泵运行时，能量强度（energy intensity, EI）如下：

当两台泵并联运行时，EI增加到：

当两台泵并联运行时，泵送相同体积的流体（流量）能耗大约增加了[（665-512）/512 ≈ ] 30 %。电力需求费用增加了62 %以上。如果当前的实践或基准能耗是两台泵并联运行的结果，则如果工艺要求允许工厂使用单台泵，泵送能耗将减少[（665-512）/665 ≈ ] 23 %。

建议的行动项

1）  考虑在任何给定时间、运行系统所需的最少数量的泵；一种例外情况可能涉及向储罐的非（用电）高峰期进行泵送。

2）  评估多泵方案并将其与具有可调速控制的单泵系统进行比较。

参考文献

Control Strategies for Centrifugal Pumps with Variable Flow Rate Requirements, U.S. Department of Energy Pumping Systems Tip Sheet #12, 2006.

注：本篇内容仅供参考。如需了解更多的信息，请参阅www.eere.energy.gov.