Как уменьшить или устранить воздухововлечение

Я не планировал снова писать о воздухововлечении, но недавние полевые проблемы заставили меня вернуться к этой теме. За последние месяцы я участвовал в четырех случаях неправильного понимания работы насоса, в которых основным виновником было установлено, что вовлекается воздух.

Захват воздуха может показаться кавитацией в работающем насосе и его можно спутать с ней. Разница в том, что кавитация – это образование и последующее схлопывание пузырьков пара, а воздухововлечение – это просто пузырьки воздуха, которые были в технологическом потоке до насоса и останутся там после насоса. Пузырьки могут изменяться в размере, но обычно не разрушаются при прохождении через насос.

Вовлечение воздуха в очень небольших количествах на самом деле может быть полезным. Многие пользователи впрыскивают до 0,9 процента воздуха, чтобы смягчить последствия кавитации. Однако вовлечение воздуха даже в количестве от 1 до 2 процентов приведет к резкому снижению производительности насоса. Плохую работу насоса часто путают и ошибочно объясняют множеством других симптомов, помимо вовлечения воздуха. Тщательный анализ первопричин в дополнение к информированию по этому вопросу покажет, что захват воздуха является гораздо более распространенной патологией насоса, чем предполагалось первоначально. Эта проблема является растущей тенденцией и стала более распространенной по нескольким причинам. Целлюлозно-бумажные компании вводят воздух в смеси сырья и жидкого навоза, особенно в связи с увеличением объемов переработки. Нефтяная и газовая промышленность работают над тем, чтобы перекачивать больше двухфазных жидкостей на устье скважины и ниже по течению, а очистные сооружения используют больше систем флотации растворенным воздухом (DAF).

Кроме того, в отрасли наблюдается рост использования систем с замкнутым контуром и стремление к созданию менее дорогих, но, следовательно, более мелких бассейнов градирен. Кроме того, химическая перерабатывающая промышленность (CPI) и общепромышленные предприятия обновили и усиливают финансовое давление, требующее разработки систем с меньшими «следами». Под заголовком «непредвиденные последствия» говорится о том, что резервуары для хранения и технологические емкости становятся короче и меньше. Более короткие резервуары соответствуют более низким значениям погружения, что приводит к более высокой вероятности создания вихрей, а резервуары меньшего размера приводят к уменьшению объема и, как следствие, к сокращению переходного времени для уменьшения образования пузырьков воздуха.

Увеличение воздухововлечения более чем на 1,5–2 процента будет иметь немедленные и вредные последствия для насоса как с непосредственной точки зрения производительности, так и с точки зрения механического аспекта в долгосрочной перспективе.

Поскольку пузырьки воздуха попадают в ловушку на всасывании насоса, они блокируют поток жидкости, и производительность насоса снижается. Расход уменьшится, развиваемый напор упадет, КПД снизится. Воздухововлечение даже при таких низких значениях, как 2–4 процента, приведет к повышенной вибрации насоса, что приводит непосредственно к преждевременному выходу из строя подшипников. Вибрация часто возникает из-за несбалансированных гидравлических нагрузок на рабочее колесо из-за частичной блокировки воздуха.

Невыпущенный воздух также собирается в камере уплотнения (стандартные конфигурации сальника), образуя воздушные карманы, которые вызывают работу механических уплотнений всухую. Сухая/несмазанная работа уплотняющей поверхности способствует сокращению срока службы и полному выходу из строя. Если вы слышите визг при запуске насоса, обычно это связано с пересыханием поверхностей уплотнения.

Захват воздуха является одной из основных причин поломки валов насоса из-за гидравлических помпажных и осевых челночных движений, возникающих из-за того, что насос остановился на одну секунду (без нагрузки) и перекачивает следующую (полная нагрузка) в бесконечном и непреднамеренном «переходе в цикл циклического стресс-усталости.

Воздухововлечение также приводит к попаданию в систему нежелательного свободного кислорода, который является основным компонентом как в обычных, так и в хлоридных формулах коррозии под напряжением, и это лишь два типа.

Воздухововлечение на уровне 2 процентов снизит производительность насоса до 12 процентов. При 4 процентах производительность насоса снижается на 40 процентов, а при 10 процентах насос, скорее всего, вообще остановится.