国内某大型炼化企业的汽油加氢装置因生产需要进行了技改，该装置的重汽油反应进料泵型号为150TAYDS-70X8，API标准的BB5型，输送介质为重汽油。为了适应技改后装置的需求，设备的运行参数发生变化，流量由原来的146 m³/h降低到71 m³/h，介质比重由原来的0.647升高到0.78，但进口压力和出口压力基本没发生变化，工艺参数的变化导致泵的扬程发生变化，由原来的530 m降低到410 m。这样，原设备的设计参数完全不能满足目前的运行工况。

设备长期在小流量运行震动大幅增加，检修频繁。为了保障安全稳定生产，结合现场实际情况，在保证原电机、外筒体、密封冲洗系统和冷却水系统不变，机械密封安装尺寸尽量不变的情况下，将原设备进行节能改造，以达到安全、稳定和节能运行的目的。

图1进料泵剖面图

技改后的装置工艺参数中，系统所需流量为71 m³/h，泵入口压力0.15 MPa.A，反应器系统压力2.6 MPa.A，计算管路沿程损失、局部损失及泵中心与反应器相对高度，泵出口压力达3.4（MPa.A）即可满足要求，装置有效汽蚀余量NPSHa=5.5 m。原泵在这个参数下效率大幅降低，只有41%，能耗损失较大。

方案实施的确定

理论依据

图2进料泵水力模型

图3 转子系统的谐响应分析

图3 转子系统的谐响应分析

泵的工况点是泵特性曲线与装置特性曲线（管路阻力曲线）的交点，改变工况点有3种途径：（1）改变泵的特性曲线；（2）改变装置的特性曲线；（3）同时改变泵的特性曲线和装置的特性曲线。根据现场泵的运行情况来看，装置的特性曲线已经改变，所以需要改变泵特性曲线来完成泵的改造。因装置处于运行期间，从成本和实施风险综合考虑，最佳的办法就是按照新的参数重新设计和制造一套过流部件，新设计的转子需对应原有的泵体，以保证泵的安装要求，并能大幅降低泵运行电流，起到节能减震的目的。

改造方案

在保证原设备安装尺寸不变的情况下，对原泵进行节能改造，由于额定流量由原来的140 m³/h降低到71 m³/h，原泵过流部件已不能适用，故除了外壳体和底座等固定件留用外，其他所有过流部件都要重新设计制造，包括叶轮、导叶和中段等。同时机械密封的安装尺寸尽量与原泵保证一致，可以保证机械密封冲洗系统及电机现场的使用。新设计叶轮高效区尽量包含设备运行的3个工况点，在结构方面尽量与原设备一致，首级叶轮为双吸形式，叶轮与轴之间采用过盈配合分半卡环定位，叶轮密封环与中段的表面硬度差大于HB50。密封环与叶轮之间，密封环与壳体之间采用过盈配合，推力轴承采用载荷能力比较好的圆锥滚子轴承，径向轴承采用圆柱滚子轴承。

水力设计、轴向力的计算

在满足原外形尺寸的前提条件下按照新参数设计首级、次级叶轮，通过调整叶轮进口尺寸及叶片的相关几何参数，来达到提高效率，减小流量、扬程的目的，具体如下：（1）首先计算出合适的叶片数，并适当减小叶轮的进口直径以达到减少流量的目的；（2）计算匹配的叶片的进口冲角和包角；（3）改变叶片流线，适当使叶片进口边前伸并减薄，使叶道加长，减小相对速度扩散；（4）计算匹配的叶轮叶片出口角，控制相邻叶片间流道出口和进口面积之比，以减小流动的扩散损失；（5）适当减小叶轮出口宽度，从而减小压水室中的水力损失；（6）适当减小次级叶轮的叶轮直径，调整叶片流线，使新工况点在新叶轮的高效区。

fluent模拟高效水力模型

用PCAD设计几组水力模型，采用Pro / Engineer软件进行几何建模，并通过FLUENT的前处理软件GAMBIT对其进行网格划分，最后利用网格进行内部流场数值模拟计算，遴选出满足工况的性能需求。模拟不同模型泵内部的流场分布，计算出不同模型的外特性，然后在这些模型中找出一个高效水力模型，选择效率高的模型作为叶轮的最佳方案。将设计好的叶轮绘制成实体图，导入ANSYS软件进行轴向力模拟，经反复修改直到轴向力达到安全运行的范围内。

转子动力学分析

多级泵的转子动力学分析，就是在设计研制阶段对转子系统的动力学特性进行计算分析，内容主要包括轴承动特性分析，系统临界转速和不平衡响应计算，各种激励下的瞬态响应计算以及系统稳定性分析。掌握了转子系统的这些动力学特性，就可以在设计过程中选择合理参数，如轴承跨度、质量分布和轴承特性等。

对转子系统进行刚性支承、弹性支承模态分析，比较轴承单元不同模化方式对计算结果的影响，精确地计算出转子系统的前四阶临界转速和相应振型。

图4 新设计叶轮与泵体流道的匹配性

基于有限元分析软件ANSYS进行转子系统的谐响应分析，研究工作转速下偏心量位置不同时转子系统系的不平衡响应，以及不同转速下偏心位置不同时转子系统不平衡响应。把分析的结果运用到转子的水力设计上，确保转子在原泵壳内运行时的水力平衡，使改造后的泵安全稳定的运行。

试验和效果

根据计算结果和计算机模拟试验设计的叶轮、导叶和中段等过流部件，制造完成后安装到原泵内，在试验台上进行了全性能试验。通过试验得出的数据，对叶轮进行了二次切割，从新安装后，试验数据满足设计要求。进料泵在装置内已安全运行10个月，数据显示各部位振动值均不超过2.3 mm/s，泵的效率为61%，轴功率降低了1/3，每小时节电约45 kWh，每年可节电380 MWh左右，节能效果显著。而且设备在这段时间内运行稳定，没有出现故障检修，说明泵的改造是成功的。