【康沃真空網(wǎng)】導(dǎo)讀：作為化工領(lǐng)域五大單元操作之一，傳統(tǒng)上，流體流動單元一直由流離心泵作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在其中承擔(dān)輸送等工作，但在哪些情況下，螺桿泵具有更多優(yōu)勢？
流體流動過程是化工領(lǐng)域五大單元操作之一。流體流動過程包括轉(zhuǎn)移、過濾、固體流化和輸送活動。
傳統(tǒng)上離心泵一直是受流體流動過程領(lǐng)域歡迎的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但在有些情況下，這些離心泵的效率低、成本高。
在這種情況下，正排量（PD）螺桿泵會是一種可行的替代方案。PD螺桿泵可用于處理各種流體，包括粘度較高的流體。
在化工流體作業(yè)中使用螺桿泵技術(shù)有較多好處，包括能處理各種流量、壓力、液體類型和粘度，以及即便存在反壓也能使流速穩(wěn)定一致等。
為了更詳細(xì)地了解螺桿泵與離心泵相比的好處，我們先來看一看螺桿泵可以怎樣改善化工流程的應(yīng)用狀況。
螺桿泵有自身獨特的優(yōu)勢
在工業(yè)制造領(lǐng)域，單元操作一般是指整個流程的基本步驟。而在化工領(lǐng)域，單元操作的概念更廣泛，它囊括一系列必須精確完成的生產(chǎn)過程，以便將各種原材料加工為有用的成品。
化工領(lǐng)域有五種類型的單元操作。本文的重點是流體流動過程。它一般包括轉(zhuǎn)移、過濾、固體流化和輸送活動。
另外四種單元操作分別為傳熱（蒸發(fā)和換熱）、傳質(zhì)（蒸餾、萃取、吸附和干燥）、傳動（制冷和氣體液化）和機械（粉碎、粉碎、篩選和篩選）加工。
多年來，離心泵被譽為化工流程中流體輸送應(yīng)用的標(biāo)配泵送技術(shù)。平心而論，離心泵確實能滿足操作員的基本需求，因為相關(guān)方法使這種泵可以很好地適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用中常見的大流量輸送工況。
離心泵同樣還能很好地處理稀薄的、類似水一樣的流體。這些流體必須通過流量可變的管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輸送。
圖1：在化工流程中，單元操作是一系列生產(chǎn)過程的藍(lán)圖。其中的一個階段是包括輸送、過濾、固體流化和輸送活動在內(nèi)的一系列流體流動過程。螺桿泵具有雙螺桿和三螺桿結(jié)構(gòu)，在這些關(guān)鍵應(yīng)用中表現(xiàn)出可靠、高效和安全的性能（圖片由Blackmer提供）。
本文的重點是通過比較離心泵，說明包括正排量雙螺桿和三螺桿泵在內(nèi)的不同類型的泵送技術(shù)在化工行業(yè)關(guān)鍵流體操作中所具有的優(yōu)勢，其中很多工況會涉及到磨蝕性、腐蝕性和危害較高的流體。
挑戰(zhàn)
讓螺桿泵在化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)是：操作人員不再執(zhí)著于離心泵是他們流體轉(zhuǎn)移工作的唯一選項。在很多情況下，化工系統(tǒng)是圍繞泵送技術(shù)而展開的，而非反之。
這意味著工程師與離心泵首先熟悉了起來，并希望將之納入到與他們系統(tǒng)運行匹配的范疇。
他們了解離心泵的作用機理、優(yōu)勢，并堅信這類泵是他們想要實現(xiàn)的系統(tǒng)的最佳技術(shù)。
基于這一認(rèn)識，設(shè)計工程師會設(shè)計出混合或加熱化工原材料或復(fù)合材料的系統(tǒng)，通過控制工藝，使流體粘度降至300厘沲（cSt），以方便離心泵處理。這實際上是改變流體的狀態(tài)，使之適應(yīng)泵送技術(shù)，而不顧及成本影響。
盡管能夠通過改變流體的狀態(tài)來滿足離心泵的運行要求，操作人員依然需要確保離心泵在最佳效率點（BEP）上或附近運行。
但現(xiàn)實中，離心泵很少能在BEP運行，因為很難出現(xiàn)純粹的泵送狀態(tài)。有鑒于此，一般認(rèn)為離心泵會在80%～110% BEP的最佳效率窗口運行。
如果泵的工況如果向BEP兩端偏離過多，葉輪上受的壓力就會變得不均勻，導(dǎo)致徑向推力增加，泵軸偏轉(zhuǎn)。這樣，軸承和密封件會因承受更大載荷而造成泵殼、擋板和葉輪的損壞。
圖2：雖然化工行業(yè)長期以來采用離心泵處理流體，但螺桿泵可以適應(yīng)不同溫度和粘度的流體。這意味著操作人員不需要操控流體輸送過程來使之滿足泵的要求，而這一過程費時費錢。
另外，滿足生產(chǎn)速度和定額是化工廠的首要任務(wù)。隨著運行成本持續(xù)上漲，運行效率也需要提高，以便優(yōu)化泵運行過程中的能耗。
在這方面，離心泵則存在不足：
§ 通常會選用過大的泵，以降低泵選擇的復(fù)雜性，這會導(dǎo)致運行和維護(hù)成本上升、運行抵消，能耗也容易高過實際需求。
§ 在離心泵運行過程中，流速會隨著壓力的增加而下降。因此，對于需要流速穩(wěn)定、時間成本高的作業(yè)，可能會花費更長的時間，成本也因此會更高。當(dāng)泵送粘度高于100 cSt的流體時，離心泵的性能會負(fù)面影響。
§ 最后，這些低效將導(dǎo)致能耗增加，甚至可能犧牲生產(chǎn)效率，從而從根本上對化工流程運行產(chǎn)生負(fù)面印象。
解決方案
另一種選擇是正排量（PD）螺桿泵。增加螺桿泵在化工行業(yè)的使用有兩個方面的難度：離心泵龐大裝機量的天然優(yōu)勢，以及讓設(shè)計工程師相信有螺桿泵這樣的替代產(chǎn)品可用。
許多工程師也持有“螺桿泵只能處理低流速流體”這樣的觀點。
實際上，今天的螺桿泵在泵送流速上有了顯著的提升，介于 220~11,000 加侖/分鐘（gpm），折合833 ～41,635升/分（L/min）這一范圍已日益普遍。
PD螺桿泵的設(shè)計使之可以處理各種流體，即便是高粘度流體。螺桿泵的運行方式方便互為反向的螺桿嚙合，與周邊的泵殼形成密封腔。
隨著驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，不管泵壓如何，流體開始穩(wěn)定而持續(xù)地向泵的排出端口運動，產(chǎn)生體積一致的流速。
螺桿泵技術(shù)為化工流體輸送應(yīng)用帶來的優(yōu)勢很多，包括：
§ 能夠處理各種流量、壓力、液體類型和粘度
§ 流量穩(wěn)定，即使存在因粘度變化引起的不同反壓力
§ 體積和整體運營效率高，降低了運營成本
§ 可通過較高的泵轉(zhuǎn)速比來控制產(chǎn)量或產(chǎn)能
§ 內(nèi)部速度低
§ 自吸運行和良好的抽吸特性
§ 機械振動低，延長了使用壽命
§ 固有的平穩(wěn)而安靜的運行的特性
§ 脈動極低，降低了應(yīng)力，延長了相關(guān)流體輸送部件（管道、軟管、密封件、軸承等）的壽命
具體來說，兩種螺桿泵型號在化工流體輸送活動中表現(xiàn)出色：帶正時齒輪的雙螺桿（WTG）泵和三螺桿泵。
WTG泵配有外部軸承和正時齒輪傳動機構(gòu)，可形成雙吸、自吸，泵內(nèi)部件不會產(chǎn)生金屬與金屬的接觸。
這種設(shè)計有助于泵達(dá)到最高的流速，不管采用的是什么旋轉(zhuǎn)式PD泵，即便是反向壓力和粘度變化的情況下，也是如此。
事實上，與離心泵不同的是，PD螺桿泵的實際流速會隨著流體粘度的提高而增加。這種設(shè)計特征也使螺桿泵適用于所有類型的輸送作業(yè)，包括低粘度或高粘度、潤滑或無潤滑、中性或腐蝕性、清潔與污染流體。
三螺桿泵用于處理粘度、溫度和壓力范圍很廣、不含固體的清潔潤滑液。這種螺桿泵設(shè)計有一個外驅(qū)動主軸、兩個二級內(nèi)主軸和一個裝有螺桿的殼體，流體得以平穩(wěn)而持續(xù)地從吸入端到排出端進(jìn)行軸向移動。這種操作方法使產(chǎn)品流動保持穩(wěn)定一致，噪音低、能效高。
結(jié)論
在化工流程中，沒有任何一個單元的作業(yè)比另一個更重要，但如果制造商想優(yōu)化其流體輸送應(yīng)用的性能，最好考慮一下正排量螺桿泵所具有的優(yōu)勢。
螺桿泵的購買成本可能要高于離心泵，但記住這句老話：“要么現(xiàn)在付，要么以后付”。
除了成本，螺桿泵的主要運行優(yōu)勢還包括能以更高的速度和壓力處理粘度窗口更寬的流體，能耗低，不需要考慮BEF。
這些優(yōu)勢使得螺桿泵能賦予關(guān)鍵化工流程的流體輸送過程更高效、可靠、經(jīng)濟、適應(yīng)性廣的特性。
