過程控制工程師和操作員在保持泵送系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行方面面臨許多挑戰(zhàn)。對(duì)于正排量（PD）或PD型泵的用戶來說，解決由泵的沖程引起的破壞性脈動(dòng)的問題非常普遍并且不可避免。這些脈動(dòng)通常會(huì)猛烈地使管道顫動(dòng)或震動(dòng)，從而導(dǎo)致噪音，過早磨損，并可能使管道本身完全斷裂，或損壞泵下游流路中的重要部件。傳統(tǒng)上，解決方案是在泵的排放側(cè)安裝脈沖阻尼器。

脈動(dòng)阻尼器是一種液壓氣動(dòng)裝置，當(dāng)安裝在靠近泵的排放側(cè)時(shí)，可以減輕這些脈動(dòng)并使流量穩(wěn)定。使用減震器，幾乎不存在振動(dòng)，并且層流代替了以前的流體湍流。現(xiàn)在可以輕松獲得適用于測(cè)量，計(jì)量，混合和許多其他應(yīng)用的一致流量。脈動(dòng)阻尼器有幾種設(shè)計(jì)，最常見的一種是內(nèi)部裝有彈性囊的氣缸罐外殼。

氣囊在未潤(rùn)濕的一側(cè)充有用于化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用的氮?dú)?，或充有用于水和中性溶液的壓縮空氣。由化學(xué)順應(yīng)性彈性體材料制成的氣囊僅用作氣體的安全殼。膀胱內(nèi)氣體的壓縮吸收了脈沖的壓力能量。由于脈沖數(shù)取決于泵和整個(gè)系統(tǒng)的速度，因此脈沖通常具有極高的頻率。差異將存在，并且將取決于每個(gè)唯一應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)。標(biāo)稱的氣囊將以系統(tǒng)最低工作壓力的75％的水平預(yù)先充入大約氣體。這將在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)將流體保持在阻尼器中，除非在低壓循環(huán)期間泵工作時(shí)所有流體都從阻尼器中釋放出來。當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，高頻氣體壓縮和排出不僅保持穩(wěn)定的連續(xù)流量，而且保持系統(tǒng)內(nèi)的平均壓力。

這項(xiàng)技術(shù)在業(yè)界公認(rèn)是減少使用PD泵時(shí)減少脈動(dòng)的公認(rèn)解決方案。通常，脈動(dòng)阻尼器的尺寸取決于PD泵，而不是整個(gè)系統(tǒng)。脈動(dòng)阻尼器選型時(shí)經(jīng)常被忽略的是背壓控制閥，安全釋放閥，泵吸穩(wěn)定器，主動(dòng)閥和止回閥的其他組件（請(qǐng)參見下面的圖1）。當(dāng)主要考慮的是脈動(dòng)阻尼器的尺寸時(shí)，為什么需要考慮附加組件？答案是，盡管脈動(dòng)阻尼器可以吸收泵脈沖的正能量，但它并不總是能夠解決由于液壓瞬變事件而對(duì)泵和管道系統(tǒng)造成更大潛在損害的原因。

圖1.一家煉油廠的系統(tǒng)設(shè)置，顯示了脈動(dòng)阻尼器，溢流閥和背壓閥的位置

水錘原因

每當(dāng)泵系統(tǒng)的流速發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)液壓瞬態(tài)現(xiàn)象，通常稱為“水錘”或“喘振事件”。在流速變化期間，壓力會(huì)急劇上升或下降，并可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。流速變化可能是由于動(dòng)力損失，緊急停機(jī)或什至通過機(jī)械，氣動(dòng)或人員手段意外干預(yù)引起的停機(jī)（跳閘）引起的。

如果在泵停止期間發(fā)生瞬變，則負(fù)壓波將以高達(dá)4,000英尺/秒的速度快速傳播到泵的下游，具體速度取決于流體類型，粘度，管道高度，管道粗糙度，彎曲度等。熄滅后，壓力立即下降可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)壓，該負(fù)壓會(huì)因塌陷管壁而損壞管子。在泵停止期間，通常會(huì)發(fā)送信號(hào)以關(guān)閉下游的止回閥，然后該閥的關(guān)閉將與負(fù)壓波發(fā)生接觸。這導(dǎo)致壓力急劇上升，高壓波現(xiàn)在以與負(fù)波相同的速度傳播回泵。通常在排放口上放置一個(gè)止回閥，但是它可能關(guān)閉得不夠快，無法防止高壓波通過并撞擊泵，從而造成損壞。一旦止回閥完全關(guān)閉，壓力波將在止回閥和關(guān)閉的下游閥之間來回傳播，從而導(dǎo)致水錘和管道震顫的嘎吱聲。壓力波最終將分散，主要是因?yàn)楣鼙趯⑽掌淠芰?，從而?dǎo)致過早磨損。負(fù)波的產(chǎn)生需要向系統(tǒng)提供能量，以防止壓力降到0 psig以下。不幸的是，脈動(dòng)阻尼器內(nèi)部存儲(chǔ)的流體（可用能量）的尺寸可能太小，無法對(duì)壓降產(chǎn)生重大影響。壓力波將在它和關(guān)閉的下游閥門之間來回傳播，從而導(dǎo)致水錘和管道的巨大聲音震動(dòng)和嘎嘎作響。壓力波最終將分散，主要是因?yàn)楣鼙趯⑽掌淠芰?，從而?dǎo)致過早磨損。負(fù)波的產(chǎn)生需要向系統(tǒng)提供能量，以防止壓力降到0 psig以下。不幸的是，脈動(dòng)阻尼器內(nèi)部存儲(chǔ)的流體（可用能量）的尺寸可能太小，無法對(duì)壓降產(chǎn)生重大影響。壓力波將在它和關(guān)閉的下游閥門之間來回傳播，從而導(dǎo)致水錘和管道的巨大聲音震動(dòng)和嘎嘎作響。壓力波最終將分散，主要是因?yàn)楣鼙趯⑽掌淠芰?，從而?dǎo)致過早磨損。負(fù)波的產(chǎn)生需要向系統(tǒng)提供能量，以防止壓力降到0 psig以下。不幸的是，脈動(dòng)阻尼器內(nèi)部存儲(chǔ)的流體（可用能量）的尺寸可能太小，無法對(duì)壓降產(chǎn)生重大影響。負(fù)波的產(chǎn)生需要向系統(tǒng)提供能量，以防止壓力降到0 psig以下。不幸的是，脈動(dòng)阻尼器內(nèi)部存儲(chǔ)的流體（可用能量）的尺寸可能太小，無法對(duì)壓降產(chǎn)生重大影響。負(fù)波的產(chǎn)生需要向系統(tǒng)提供能量，以防止壓力降到0 psig以下。不幸的是，脈動(dòng)阻尼器內(nèi)部存儲(chǔ)的流體（可用能量）的尺寸可能太小，無法對(duì)壓降產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，下游的閥門突然關(guān)閉時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高壓波，該高壓波將朝著阻尼器和泵傳播。單向閥的關(guān)閉速度可能不足以防止所有或部分高壓能量到達(dá)并損壞泵。一旦止回閥完全關(guān)閉，水錘效應(yīng)將繼續(xù)減弱，直到其能量被流道中的系統(tǒng)管壁和設(shè)備吸收。因?yàn)檫@是高壓事件，所以安裝的脈動(dòng)阻尼器是否應(yīng)該能夠（即使不能完全緩解）高壓波的影響？畢竟，它被設(shè)計(jì)為通過壓縮膀胱內(nèi)的氣體來接受能量。

浪涌分析軟件解決方案

解決方案是全面研究管道系統(tǒng)，尤其是前面提到的組件。喘振分析軟件可以生成管道系統(tǒng)的仿真模型，在其中可以獨(dú)立于實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試和評(píng)估不同的條件。在軟件可用之前，這種類型的分析對(duì)于工程師來說是耗時(shí)且費(fèi)力的過程。現(xiàn)在，除了確定解決問題的首選設(shè)備之外，分析還將快速執(zhí)行計(jì)算和過程，以量化瞬態(tài)的性質(zhì)和程度。

在正常的PD泵運(yùn)行期間，通過在脈動(dòng)阻尼器上安裝差壓變送器，可以現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證許多計(jì)算和尺寸調(diào)整，例如液體到氣體的體積變化。PD泵下游排放壓力的測(cè)量可以在有或沒有脈動(dòng)阻尼器的情況下確定。安裝在泵出口側(cè)的泄壓閥的設(shè)計(jì)可從瞬態(tài)和系統(tǒng)隔離中打開，其大小可通過軟件確定，背壓控制閥的大小可設(shè)定為承受預(yù)設(shè)壓力。一旦分析完成，結(jié)果通常會(huì)指示浪涌容器的使用。

初次檢查時(shí)，調(diào)壓容器的設(shè)計(jì)和功能似乎與脈動(dòng)阻尼器相同，只是它的尺寸要大得多。該設(shè)計(jì)是內(nèi)部裝有彈性囊的儲(chǔ)罐之一，其中包含適合該應(yīng)用的正確氣體。但是，脈動(dòng)阻尼器的設(shè)計(jì)目的是從泵的高頻脈沖中吸收非常少量的能量。因此，它們的尺寸可以緊湊。調(diào)壓容器必須在單個(gè)瞬態(tài)事件中大量提供或接受能量，以快速防止對(duì)系統(tǒng)的泵，管道和連接件造成重大損壞。

當(dāng)安裝在靠近泵的排放側(cè)并處于泵跳閘條件下時(shí)，調(diào)壓容器的尺寸必須足夠大，可以立即向管道系統(tǒng)輸送足夠的流體，并防止形成可能導(dǎo)致色譜柱分離和管子塌陷的負(fù)壓。對(duì)于下游突然關(guān)閉的閥門，調(diào)壓容器應(yīng)盡可能靠近閥門的入口側(cè)放置。閥門的突然關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生高壓波能，可以通過對(duì)喘振容器的膀胱內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮來吸收。

通過使用喘振分析軟件，可以保護(hù)PD泵系統(tǒng)免受泵沖程的脈動(dòng)損害，還可以防止?jié)撛诘拇鷥r(jià)高昂的災(zāi)難性瞬態(tài)事件。該軟件的模型將涵蓋眾多潛在結(jié)果，并且可以使用瞬態(tài)監(jiān)視設(shè)備在安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

圖2.瞬態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)捕獲了系統(tǒng)中的水錘效應(yīng)。

瞬態(tài)監(jiān)控設(shè)備專門設(shè)計(jì)用于以每秒500次的速度讀取系統(tǒng)壓力變化，并以每組100次的速度記錄數(shù)據(jù)，這是因?yàn)橛脩艚⒘藨?yīng)用程序獨(dú)有的預(yù)定邊界。該數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)，直到進(jìn)行內(nèi)容分析（參見上面的圖2）。這種類型的分析可以通過工作現(xiàn)場(chǎng)的可量化和可記錄的結(jié)果來確認(rèn)模型對(duì)性能的期望。盡管脈動(dòng)阻尼器的定型過程沒有浪涌設(shè)備解決方案所需的定型過程大，但最終結(jié)果是設(shè)計(jì)并確認(rèn)了泵/管道系統(tǒng)具有高效和可靠的性能。