旋转机械专业人员一直在寻找提高流程泵可靠性或能力的方法。然而，在经济上合理的改进总是有限制的。经济限制受收益递减定律的支配，收益递减定律是一种经济定律，指出如果一种商品生产中的一项投入增加，而所有其它投入都保持不变，那么最终会达到一个点，在这个点上，投入的增加会使产出的增加逐渐减少或递减。

在离心泵应用中，通常人们感兴趣的是泵的可靠性或处理能力，而各种设计改进方案可以被认为是提高可靠性或能力的输入，以达到给定经济评估。对任何给定的机器进行多少经济改进都是有限制的。最终，第n次改进将不再具有经济合理性。以下是一些常见的离心泵改进的例子：

1）升级泵中的机械密封和相关密封系统，以提高可靠性

2）升级泵壳体材料，以提高使用寿命

3）安装振动监测设备以防止灾难性故障

4）重新设定泵的额定值，使其运行更接近最佳效率点（BEP）流量，以提高水力稳定性

5）在泵的出口管线中安装再循环管线，以防止在低于其最小连续稳定流量（MCSF）的情况下运行，从而防止在低流量需求工况下出现内部再循环（内部回流）。

这里解释的投资回收期方法是一种评估潜在的管理升级好处的简单方法。投资回收期定义为初始投资除以改进所实现的预期年收益。改进的投资回收期是通过将升级的总安装成本除以年化收益来确定的，见公式（2）。

公式（2）：

1）新零部件和设备的成本

2）拆除和安装费用

3）仓库备件

4）必要的培训和改进/更新的操作程序

1）降低的维修成本

2）减少的生产损失

3）增加的产能

4）节约的能源

请注意，年化收益是相对的。要定义经济效益，你需要有一个未来情况和一个基本情况。例如，如果一台泵每年发生两次故障，每次维修费用为10,000美元，那么基本维护成本为20,000美元/年。如果你预计泵故障率间隔将增加到每5年一次，那么未来的维护成本预计为10,000美元/5或2,000美元/年。在这个例子中，升级的年化收益预计为每年180,000美元。这里的重点是，在确定年化收益时，你必须始终考虑未来情况和基本情况。

公式（3）：

年化风险，或简称风险，在这里被定义为与所分析的故障模式相关的所有年化损失的总和。因此，年化风险 = 年化维护成本 + 年化流程损失 + 年化环境罚款 + 年化滞期费等等。在评估可靠性项目的经济效益时，我们需要知道基本风险与改进预期的未来风险之间的差异。该差值定义为△风险，是指预期从可靠性改进项目中实现的年化收益或收入。

例如，假设泵故障导致20,000美元的维修、50,000美元的流程损失和100,000美元的滞期费，每次密封故障的损失为170,000美元。如果泵每年发生两次故障，则年化基本情况风险为2×170,000美元或340,000美元/年。如果我们认为升级后的泵每五年才会出现故障，那么未来的年化风险预计为0.2×170,000美元或34,000美元/年。因此该项目的△风险为340,000美元/年减去34,000美元/年或306,000美元/年度。

表1列出了一些改进项目的回收期范围，以及管理层批准这些范围内的项目的可能性（基于作者的经验）。

表1：根据投资回收期，项目获得批准的可能性

这里给出了确定回收期的两个示例。

对管道泵机械密封进行升级改造。假设有一台多级（两端支撑）管道泵，每六个月发生一次密封故障。经验表明，如果只更换泄漏密封，那么非泄漏密封通常会在几天内失效。因此，当其中一个密封失效时，最好更换两个密封。

根据泵的历史记录，根本原因失效分析（RCFAs）表明，大多数密封失效是由于磨料嵌入较软的动环中而导致泄漏。在考虑了几个方案后，人们认为安装带有专用的加压密封油（隔离液 - 泵沙龙注）系统的双密封是最具吸引力的升级方案。据信，加压密封装置将使密封失效间隔时间从6个月增加到8年。如果更换内侧和外侧密封的成本为40,000美元，则升级后每年可减少的维护成本预计为：

升级成本包括购买四套密封（两套用于安装，两套用于备用）、一个加压密封油系统，以及安装新密封油系统所需的密封辅助管道和仪表的成本。密封升级不需要修改泵轴或泵壳体。此次升级的项目总费用估计为$120,000。

由公式（3）可知，该项目的投资回收期为$120,000/$75,000 = 1.6年。根据表1可知，该项目获得批准的可能性较大。

注意，这个简单的经济分析并没有考虑到由于意外更换密封而导致的任何管道中断或怠工。将任何与工艺相关的损失归功于此将进一步缩短支付期，并使该升级项目在经济上更具吸引力。

升级渣浆泵壳体。假设您有一对500马力的渣浆泵，由于严重的壳体腐蚀，目前每年都会发生一次故障。每次发生故障，每年都要花费100,000美元来拉出泵，用库存中的备用壳体更换被腐蚀的壳体，并加快重新组装和安装。RCFAs表明目前的材料和涂层组合不适合应用。

假设我们相信你可以将这些泵的MTBF从每年一次提高到每四年一次，那么壳体升级的年化收益将为100,000美元/年-25,000美元/年=75,000美元/年。如果新升级壳体的成本为60,000美元，那么项目总成本将为180,000美元（主备件、安装备件和仓库备件）。我们不包括安装新壳体的费用，因为未来的维修已经考虑在内了。

使用公式（3），我们发现这个例子的投资回收期将是$180,000/$75,000/年= 2.4年。根据表1，投资回收期大于两年的项目可能很难推销给现场管理人员。为了增加获得升级批准的机会，用户可能必须找到额外的升级好处，例如列出由意外故障引起的生产停机事件，或者对现有壳体进行回收。

记住，投资回收期评估方法不像其他经济分析方法那样考虑货币的时间价值。然而，大多数管理人员倾向于发现回报法是评估小型项目经济效益的一种直观和可接受的方法。其他更大或更复杂的项目可能需要更复杂的经济评估，例如确定项目生命周期内的内部收益率（IRR）或净现值。

关于升级的一些最终建议：为了取得成功，离心泵专业人员应该1）在考虑所有潜在的升级决策时使用经济思维；以及2）总是尝试使用清晰、深思熟虑的项目范围来证明你的项目是合理的，这些项目具有令人信服的回报时间计算。永远不要推动没有正当理由的改进项目，如果经理质疑你的计算或假设，一定要倾听他们的担忧。不要让你的热情妨碍了公司的最大利益。

在考虑更换离心泵时，项目组必须首先找到符合当前水力要求的泵。如果考虑几种泵的设计，则需要最少管道改造的泵通常比其它方案更受青睐。如果选定的泵无法安装在现有基础上，则新基础或修改/改造基础和/或底板的成本必须包含在项目总成本中。其他杂项项目成本，如更换仓库备件、培训维护和操作人员、所需的控制修改等，也必须包括在项目总成本中。

例如，考虑使用两台150马力的规格过大泵，以25%的BEP流量运行。维修历史记录显示，在过去五年中，这些泵平均每年维修一次，每次维修费用为20,000美元。对泵曲线的检查表明，目前的水力效率约为27%。正在考虑的最有吸引力的更换泵选项可以提供67%的效率。经计算，效率更高的泵每年可节省46,990美元（基于0.097美元/hp-h的能源成本）。我们假设，一个新的、更可靠的两台泵平均MTBF为10年，这相当于每年可节省$20,000 – $20,000/10 或18,000美元/年的维护成本。这些发现意味着，该项目每年将获得$46,99 + $18,000或64,990美元/年的收益。

请注意，该总额不包括任何流程损失或额外的运营人工成本。

在研究了泵和管道的选项后，项目组确定更换这些泵将花费500,000美元，其中包括两台新泵的成本（假设有一台主泵和一台已安装的备用泵）、所有设计成本、推荐备件以及所有现场改造和安装成本。如果我们将这些数据输入到Excel电子表格中，并求解内部收益率和净现值（NPV），我们就会得到表2中所示的输出数据。我们可以看到，该项目的内部收益率（14.41%）和净现值（617,276美元）是可分解的，这是该项目将面临的第一个障碍。

接下来，管理层将把这些经济预测与当时正在考虑的其它竞争项目进行比较。由于资本预算有限，只有最具吸引力的项目才会得到资助。可能的结果是，该项目要么获得全额资金，要么推迟到下一次资本预算审查，要么被取消。可靠性专业人员必须意识到，许多可靠性改进项目由于他们无法控制的原因而从未出现过曙光。最后，请记住，只有精心设计的可靠性改进项目才会得到充分批准并最终实现。为了获得实际的批准机会，可靠性项目需要有出色的经济数据以及将支持项目每一步的关键赞助商。赞助商可以是可靠性经理、运营负责人、工厂经理和高管。

Robert Perez是德克萨斯州圣安东尼奥市的一名机械工程师和半退休顾问，在石化行业拥有40多年的旋转设备经验。他获得了Texas A&M University at College Station的BSME学位，University of Texas at Austin的MSME学位。Perez为杂志和会议论文集撰写了大量文章，出版了五本书，并与人合著了五本关于机械可靠性的书。

Heinz P.Bloch是流程机械咨询公司的咨询工程师，现居住在德克萨斯州蒙哥马利。他的职业生涯始于1962年，包括长期担任埃克森化学公司美国地区机械专家。他撰写或合作撰写了790多份出版物，其中包括24本关于实用机械管理、故障分析、故障避免、压缩机、汽轮机、泵、油雾润滑和工业优化润滑的综合书籍。Bloch（以优异成绩）拥有新泽西理工学院机械工程学士和硕士学位。他是ASME终身研究员，并被授予新泽西州终身注册专业工程师资格。