原料油增压泵操作参数敏感性分析.pdf

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1、34化工机械2016年原料油增压泵操作参数敏感性分析+保强料赵艳坤金旭杨欧王峰(北京化工大学国家危险化学品生产系统故障预防及监控基础研究实验室)摘要以计算流体力学软件FLUENT为工具，设计正交试验方案研究输送介质密度、粘度、泵出口压力、转速以及叶轮磨损量等对原料油增压泵效率的影响，分析多参数耦合对效率影响的全局敏感性。研究得出的原料油增压泵效率影响敏感性水平从高到低排序为：转速、介质粘度、泵出口压力、叶轮磨损量和介质密度。在实际生产中可以通过监测和控制高敏感性因素，指导原料油增压泵高效节能、长期安全稳定运行。关键词原料油增压泵参数耦合正交试验敏感性中围分类号TQ051，1文献

2、标识码A文章编号0254-6094(2016)Ol-0034-04据统计，我国泵的耗电量超过全国总耗电量的2l％，石油、化工行业现役离心泵约有60％处于不合理的运行状况，理论运行效率大多在40％以下，比发达国家低5％一10％⋯。因此，离心泵的节能研究具有巨大的经济意义。目前，数值模拟方法已广泛应用于离心泵节能和优化方面的研究旧。J，但这些研究主要集中于单一结构参数或操作参数对离心泵性能的影响，多参数耦合影响研究相对较少，未能全面揭示离心泵效率影响因素的参数敏感性。为此，笔者设计正交试验对效率影响因素敏感性进行分析，研究多参数耦合对原料油增压泵效率的影响，为提高离心泵运行效率提供

3、理论依据。1参数敏感性分析及试验设计敏感性分析是指定量描述模型各输人参数对输出参数影响程度的方法，分为局部敏感性和全局敏感性分析。局部敏感性分析假设其他参数不变，只考虑单一输入参数对输出参数的影响程度。全局敏感性分析是指研究输入参数耦合作用对输出参数的影响程度¨J。原料油增压泵效率变化是多参数耦合影响的结果，故全局敏感性分析更符合实际情况。为了在不影响分析准确度的前提下尽可能地减少试验次数，引入正交设计方法安排多因素试验。首先，根据试验选取因素数和各因素水平数，选择合适的正交试验表；其次，将各因素随机填入表头中，按照正交试验表填人因素水平；再次，严格按照正交试验表计算，得出考察

4、结果；最后，对考察结果进行方差分析。笔者选取石化渣油加氢装置中的原料油增压泵为研究对象，其结构与工艺参数如下：泵人口直径138mm泵出口直径101mm叶轮直径3lOmm叶轮出口宽度21．7mm轮毂直径45mm叶片数8操作介质原料油工作流量212m3／h扬程118m转速2950r／min汽蚀余量4．3m操作温度149℃介质密度883．1kg／m3介质粘度23．02mPa·s$科技部“973”项目(2012CB026000)，国家自然科学基金重点项目(51135001)，北京市重点学科建设项目(2015)，中央高校业务经费学科创新项目(20142015)。·+保强，男，1990年9

5、月生，硕士研究生。北京市，100029。第43卷第1期化工机械35入口压力1．37MPa出口压力2．52MPa考虑5个主要的操作和结构参数对效率的影响，分别是介质密度、粘度、泵出ISl压力、泵转速和叶轮磨损量。根据原料油产地不同或原料油温度的影响选取原料油密度和粘度的变化范围m91；根据可能进行的工艺调整选取原料油增压泵出口压力、转速和叶轮切削量的变化范围Ⅲ'¨3。选用七因素三水平(L。。(37))正交试验表，因素水平见表1。表1因素水平表按照正交试验表，每组试验分别取流量为10、50、100、150、200、250、300、350、400m3／h做模拟计算，绘制出特定操作参数

6、下泵的效率一流量特性曲线，选取该操作参数下实际工作点处的效率作为该组试验的考察结果。2原料油增压泵数值模拟对原料油增压泵的三维过流部件进行建模，并进行非结构化网格划分，将叶片表面单元加密处理。使用FLUENT软件进行求解计算，设置叶轮流体区域为移动坐标系，离心泵入口边界条件为速度人口，出口边界条件为压力出口，湍流模型选取标准k-e模型。按照试验设计参数条件完成迭代计算，FLUENT软件输出入口总压、出口总压和叶轮绕转轴的转矩，用于计算泵的效率：H：必+h(1)pgP：M．—21—rn(2)￡田=掣(3)式中日——扬程，m；M——叶轮各面上关于叶轮中心点的力矩，N·m；n——转速

7、，r／min；P。、P；。——离心泵出VI和入口总压(静压和动压之和)，Pa；P——输出功率，w；Q——流量，m3／s；t——时间，t=60s；P——密度，kg／m3；77——效率。3试验结果处理针对每一组试验，取9个流量点进行数值模拟，将模拟数据通过式(1)～(3)计算得到对应的流量一效率曲线进行高次曲线拟合，得到光滑的流量一效率曲线和曲线方程，将工作点处的流量代人曲线方程中，得到工作点的效率并作为每组试验考察结果进行分析，计算结果见表2。表2正交试验结果数据表36化工机械2016焦3．1