江苏海珐机械制造有限公司

在化工装置现场，我们经常会遇到一种情况：泵还能运行，轴承温度也不算太高，机械密封也没有明显泄漏，但是电机电流偏大，出口压力不稳定，振动偏高，实际流量达不到原来的要求。用户一般会说一句话：“这台泵用了很多年了，能不能不要换整机，只把效率提上来？”

我是江苏海珐机械制造有限公司的技术人员，长期接触 API610 化工流程泵、OH2 石油化工流程泵、BB 系列高压流程泵、VS 系列立式泵、熔融尿素泵、尿素水解器进料泵、小流量高扬程泵、皮托管泵、旋喷泵等产品。我们在做老泵节能改造时，不会一上来就建议用户换新泵。很多老泵的泵壳、轴承箱、底座、电机和管路基础仍然可以继续使用，真正影响效率的，往往是叶轮水力、蜗壳流道、口环间隙、泵内回流、汽蚀和运行工况偏离设计点。

这几年我们在老泵改造中越来越重视 CFD 仿真技术。CFD 不是为了做一个漂亮的流线图，而是帮助我们看清泵内部的真实流动问题。过去靠经验判断的地方，现在可以通过流场速度、压力分布、涡流区域、叶轮进口冲角、叶片出口流动、蜗壳隔舌冲击、汽蚀风险等数据来分析。这样做出来的改造方案，不是简单修修补补，而是有计算依据的水力优化。

一、老泵效率为什么会下降

老泵效率下降，一般不是单一原因造成的。我们现场测绘时，常见问题主要有以下几类。

第一，泵长期偏离高效区运行。很多化工装置经过扩产、改造、管线调整后，原来的泵不再工作在最佳效率点附近。有的泵长期小流量运行，出口阀门开度很小，泵内回流明显；有的泵长期超流量运行，轴功率增加，汽蚀余量不足，振动和噪声都上来了。

第二，叶轮磨损或腐蚀。叶片进口边变薄，出口边磨损，叶轮盖板被冲刷，都会影响泵的扬程和效率。特别是含微量颗粒、弱腐蚀性介质或高温介质，几年运行后，叶轮型线和原设计已经不一样了。

第三，口环间隙变大。口环间隙变大以后，高压液体从出口侧回流到入口侧，泵的容积损失增加。表面看泵还在转，实际有一部分能量在泵内部循环消耗掉了。

第四，泵壳和蜗壳流道存在局部冲刷或结垢。有些老泵拆开后，蜗壳流道局部有腐蚀坑、结垢、焊补痕迹，液体流动不顺畅，局部涡流增加，效率自然下降。

第五，电机和泵不匹配。有些现场更换过电机或叶轮，但没有重新核算流量、扬程和功率，导致大马拉小车，或者泵实际运行点偏离原来的设计点。

第六，汽蚀问题被忽略。汽蚀不一定一开始就表现为严重损坏，有时候只是轻微噪声、振动和效率下降。尤其是高温冷凝水、轻烃、溶剂、液氨、低温液体和负压吸入工况，汽蚀余量必须重新核算。

所以我们做老泵提效，第一步不是直接画新叶轮，而是先查清楚泵为什么低效。

二、CFD 仿真在老泵改造中能做什么

CFD 仿真技术主要帮助我们看四件事。

第一，看叶轮进口是否顺畅。叶轮进口如果冲角不合理，会出现进口回流、局部低压和汽蚀风险。老泵经过多年运行后，叶轮进口边磨损，或者现场流量已经变化，进口流态就可能偏离原设计。

第二，看叶片通道内有没有分离和涡流。如果叶片包角、叶片出口角、流道宽度不合理，液体在叶片通道内会产生分离，能量损失明显。通过 CFD 可以看到哪些区域速度过高，哪些区域流动停滞。

第三，看蜗壳和叶轮出口是否匹配。很多老泵低效不是叶轮一个问题，而是叶轮出口与蜗壳流道不匹配。叶轮出口流速过高，进入蜗壳后冲击隔舌，会造成压力脉动、噪声和振动。

第四，看不同流量点下的效率变化。化工泵不是只在一个点运行，实际装置有正常流量、额定流量、最小连续稳定流量和可能的偏工况运行。通过 CFD 可以分析多个流量点，避免只把一个点优化得好，而其他工况变差。

对我们来说，CFD 仿真不是替代试验，而是让试验更有方向。通过仿真先筛选方案，再结合加工、装配、动平衡和性能试验，可以减少反复试错。

三、老泵提效不能只换叶轮

很多用户一听说老泵效率低，就会问：“是不是换一个高效叶轮就可以？”这个说法只对了一半。

叶轮当然重要，但泵是一个整体。叶轮、泵壳、口环、泵盖、密封腔、轴承箱、进口管路、出口管路、电机转速、介质密度和粘度都会影响效率。如果只换叶轮，不看蜗壳和系统工况，有时效率提升并不明显，甚至还会带来振动和汽蚀问题。

我们通常会按下面步骤做：

先做现场工况核对，确认实际流量、扬程、入口压力、出口压力、电机电流、介质温度、密度、粘度和汽化压力。

再做老泵测绘，记录叶轮外径、叶轮宽度、叶片数、叶片角度、口环间隙、轴径、泵壳流道尺寸和蜗壳隔舌位置。

然后进行三维建模，把叶轮、蜗壳、吸入室、压水室建立模型。

接着做 CFD 流场计算，分析压力场、速度场、湍流区域、回流区域、低压区和水力损失。

最后根据计算结果优化叶轮外径、叶片出口角、叶片进口边、流道宽度、口环间隙和必要的蜗壳修正。

如果用户现场不允许大改泵壳，我们会尽量在原泵壳、原底座、原电机、原管口位置不变的前提下优化叶轮和口环。这样改造成本低，停机时间短，现场更容易接受。

四、API610 化工流程泵更适合做系统化改造

API610 化工流程泵和普通清水泵不同，它面对的是炼油、石化、煤化工、化肥、冶金、环保、精细化工等连续运行工况。很多装置一停泵就影响整条生产线，所以可靠性要放在效率前面，效率提升也不能牺牲安全性。

江苏海珐机械制造有限公司主要生产 API610-OH1/OH2/OH3、BB1～BB5、VS1～VS6 系列 HES 型化工流程泵，以及第六代超低碳不锈钢高质熔融尿素泵、尿素水解器进料泵、小流量高扬程皮托管泵、旋喷泵等产品。我们在做泵提效改造时，会把 API610 的设计思路带进去，重点考虑轴承寿命、转子稳定性、汽蚀余量、密封腔压力、热膨胀、材料腐蚀和现场检修。

例如我司 HXP 旋喷泵，也就是皮托管泵，公开参数覆盖流量 1～40 m³/h、扬程 80～1800 m、适用温度 -40～150℃、设计压力至 26 MPa，适合小流量、高扬程、高压输送工况。对于这类极低比转速泵，水力效率和内部流动损失非常关键，单靠经验很难把每一个细节都判断准确，CFD 仿真就能发挥作用。

再比如我司 HES(U) 超低碳不锈钢高质熔融尿素泵，公开参数覆盖流量 2～2600 m³/h、扬程至 300 m、适用温度 -80～450℃、设计压力 2.5～26 MPa。这类高温、高压、易结晶介质工况，泵的效率提升不能只看水力，还要考虑材料、保温、防结晶、轴向力、密封系统和长期运行稳定性。

因此，老泵提效不是简单节电，它本质上是一次水力、机械、材料和现场工况的综合再设计。

五、CFD 优化老泵，一般能从哪些地方提升效率

第一，优化叶轮进口。叶轮进口设计不好，容易产生冲击损失和回流。通过调整叶片进口角、进口边形状和叶轮前盖板流道，可以减少入口损失，提高吸入性能。

第二，优化叶片出口。叶片出口角影响扬程、功率和效率。出口角过大，功率可能上升；出口角过小，扬程可能不足。通过 CFD 可以找到更适合现场工况的出口角。

第三，优化叶轮流道宽度。有些老泵实际流量已经变化，原叶轮流道宽度不再合适。适当调整流道宽度，可以减少内部摩擦损失和二次流损失。

第四，修正叶轮外径。很多现场通过切割叶轮来降低扬程，但切割过多会使效率下降。如果结合系统曲线重新确定叶轮外径，可以让泵运行点更接近高效区。

第五，控制口环间隙。口环间隙过大，泵内泄漏增加，效率下降。老泵改造时，恢复合理口环间隙往往能带来比较直接的效率改善。

第六，优化蜗壳隔舌区域。叶轮出口和蜗壳隔舌之间的流动冲击，会影响压力脉动和噪声。对于振动偏大的老泵，隔舌区域分析很重要。

第七，减少泵内回流。小流量运行时，叶轮入口和出口容易出现回流。通过叶轮修正和运行点调整，可以改善低流量稳定性。

第八，降低汽蚀风险。CFD 可以帮助我们识别叶轮进口低压区，结合 NPSHa 和 NPSHr 核算，判断是否需要调整叶轮进口直径、叶片进口边或吸入结构。

六、老泵提效前，必须采集这些参数

我们给用户做老泵改造方案时，通常需要这些资料：

泵型号、原制造厂家、出厂编号；
原设计流量、扬程、转速、电机功率；
当前实际流量、出口压力、入口压力、电机电流；
介质名称、密度、粘度、温度、腐蚀性、含固量；
现场管路布置、阀门开度、过滤器情况；
NPSHa 或吸入液位、入口压力、介质汽化压力；
叶轮外径、口环间隙、泵壳磨损情况；
振动、噪声、轴承温度、密封泄漏情况；
是否允许改叶轮、改口环、改转速、改电机或改管路。

资料越完整，CFD 仿真的边界条件越接近现场，最终改造效果也越可靠。

有些用户只提供一句“泵效率低”，这种情况下我们很难直接判断。因为效率低可能是叶轮问题，也可能是系统阻力问题，还可能是流量测量不准。我们一般会建议先做现场测试，再做三维测绘和仿真分析。

七、提效不是越高越好，要看安全边界

老泵效率提升，不能只追求数字好看。化工泵尤其要注意安全边界。

如果优化后效率提高了，但轴功率超过原电机，不能用。

如果扬程提高了，但出口压力超过原管线或泵壳承压范围，不能用。

如果流量提高了，但 NPSHa 不够，容易汽蚀，也不能用。

如果叶轮改得太薄，强度和耐腐蚀裕量不够，也不能用。

如果为了效率把密封腔压力变化太大，影响机械密封运行，同样不能用。

所以我们做 CFD 优化时，一定会同时核算强度、轴功率、汽蚀、密封、轴向力和转子稳定性。对于 API610 化工流程泵来说，可靠性必须排在第一位。节能提效的目标，是让泵在安全范围内回到合理高效区，而不是为了追求一个效率数据牺牲运行稳定性。

八、老泵提效后，现场能得到什么好处

如果改造方案合适，用户通常能得到几个直接效果。

第一，电机电流下降，运行能耗降低。对于长期连续运行的化工泵，哪怕效率提升几个百分点，一年节省的电费也比较可观。

第二，泵运行点更接近高效区，出口压力和流量更稳定。

第三，泵内回流和冲击减少，振动和噪声可能下降。

第四，汽蚀风险降低，叶轮和泵壳寿命延长。

第五，机械密封和轴承运行环境改善，维修次数减少。

第六，在不大改管路和基础的情况下，提高老设备利用价值。

但我也会如实告诉用户：不是所有老泵都值得改造。如果泵壳腐蚀严重、基础变形、轴承箱损坏、原泵型偏离现场工况太多，或者现场参数已经完全改变，有时直接更换为新的 API610 化工流程泵更合适。

九、适合做 CFD 提效改造的老泵工况

从我们的经验看，以下几类老泵比较适合做 CFD 仿真优化：

长期运行的 API610-OH2 化工流程泵；
炼油、石化、煤化工装置中的循环泵、进料泵、回流泵；
流量扬程基本合适，但电流偏大的泵；
振动偏高、噪声偏大，但机械结构尚可的泵；
叶轮磨损后需要重新制造备件的泵；
系统改造后运行点发生变化的泵；
小流量高扬程工况下效率偏低的泵；
高温、高压、强腐蚀介质中需要提高可靠性的泵。

对于这些泵，如果泵壳和基础还能继续使用，通过叶轮水力优化、口环修复、内部流道修正和运行点调整，往往可以获得比较好的改造效果。

十、我们做老泵提效的基本流程

第一步，现场收集数据。包括流量、扬程、压力、电流、温度、振动、噪声、介质参数和管路条件。

第二步，拆检和测绘。检查叶轮、口环、泵壳、泵盖、轴、轴套、轴承箱和密封腔。

第三步，建立三维模型。根据实际测绘尺寸建立叶轮、蜗壳和流道模型。

第四步，进行 CFD 流场仿真。分析压力场、速度场、回流、涡流、低压区和效率损失。

第五步，提出优化方案。包括叶轮修正、叶片角度调整、叶轮外径调整、口环间隙恢复、材料升级和必要的结构改进。

第六步，加工制造新叶轮或修复件。保证尺寸、材质、动平衡和装配精度。

第七步，性能测试和现场验证。通过试验或现场运行数据，确认流量、扬程、电流、振动和温升是否达到要求。

这个流程看起来比普通维修复杂，但对于长期运行的大型化工装置来说，前期多做一点计算和验证，后期可以减少很多不必要的停机和返工。

十一、结语

老泵效率下降，不一定只能换新泵。通过 CFD 仿真技术，我们可以把泵内部看不见的流动问题找出来，再结合 API610 化工流程泵的设计经验，对叶轮、口环、蜗壳和运行工况进行系统优化。

对江苏海珐来说，CFD 仿真不是一个宣传概念，而是服务于实际制造和现场改造的工具。我们更关心的是：用户这台老泵为什么低效，能不能在原基础上改，改完以后电流能不能降，振动能不能稳，密封和轴承寿命能不能延长，整套化工装置能不能更可靠地运行。

对于炼油、石化、煤化工、化肥、冶金、环保和精细化工装置中的老泵，如果出现效率下降、电流偏大、振动偏高、汽蚀明显、运行点偏离设计点等问题，可以通过现场测绘、CFD 流场分析、水力优化和 API610 标准化设计思路进行综合改造。

泵的节能，不只是换一个高效电机；泵的提效，也不是简单换一个叶轮。真正可靠的老泵提效，是从介质、管路、流量、扬程、汽蚀、材料、密封、转子和水力模型一起分析。只有这样，才能让老泵重新回到合理工况，让设备继续为装置稳定运行创造价值。

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