石油化工流程泵的選型應用和個性化設計

蒙盛吉

（廣東省佛山水泵廠有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

泵行業在世界上是一個極為穩健、成熟的行業，其產值每年都在穩步增長，即使在經濟危機的年代里也會有小幅的增長。這是因為泵的使用量大面廣，無數的泵無時無刻不在飛速運轉中磨損，每年都需要添置大量的新泵來替換老舊產品。

隨著我國國民經濟的快速發展，各行各業對各種泵的需求也越來越多，特別是能源行業，以石化泵這種中高端泵為例，每年都會有10%左右的增長需求。但長期以來，我國在石化行業相當數量的關鍵用泵都是采用國外進口的產品，不僅價格昂貴，購買配件困難，供貨周期也相當長，維修也極不方便，從而一直困擾著國內各企業用戶。

隨著我國近年來多個千萬噸每年煉油和百萬噸每年乙烯制造等項目的陸續上位，裝置中所需的各種泵設備更加多，除了要求結構多樣性，并滿足基本性能——流量、揚程外，還要求具備高效率、高抗汽蝕性、強耐腐蝕性、高可靠性、安全性等特點。

為了滿足市場需求，也為了響應國家大型裝備制造業國產化和節能減排的要求，筆者公司近年來開發了一種新型的石油化工流程泵[1-2]。該系列泵是根據API610《石油、重化學和天然氣工業用離心泵》[3]規范設計的OH2型石油化工流程泵產品（如圖1所示）。產品為單級、單吸懸臂式徑向剖分的雙蝸殼結構，泵體為中心支撐，軸向吸入，徑向排出，軸向力采用前后口環及平衡孔方式進行水力平衡。軸封的設計按API682標準。泵殼承壓和法蘭壓力等級為4 MPa，試驗壓力為6MPa。流量3～2 600 m3/h，揚程3～270 m，溫度范圍-40℃～260℃（與輸送介質的特性、泵的材料組合及機械密封選擇有關）。主要配置：過流部件材質有碳鋼、12%鉻鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼；集裝式機械密封；高性能的整體式金屬彈性膜片并帶中間軸的膜片聯軸器；帶集液槽的鋼底座等。該泵適用于輸送低溫、高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、易結晶及具有一定腐蝕性的液體。主要用于：煉油、石油化工、煤化工、化學工業、低溫工程、海水淡化、制藥等領域，在許多場合已經基本上可以替代國外產品。

圖1 石油化工流程泵產品三維結構圖

1 國內某石油化纖公司原系統裝置的運行情況

該項目為國內某石油化纖公司數萬噸每年的硝酸、有機酸等酸性廢液綜合利用輸送裝置（如圖2）。主要是對裝置中的三次蒸發進料泵進行選型改進。

（1）輸送介質情況：硝酸、有機酸等強氧化性、強腐蝕性混合物，密度約為1 100 g/cm3，溫度為90℃，在50℃以下時會發生結晶，該介質不允許外露，以免腐蝕設備、污染環境。

（2）設計參數：

流量：12～16.2 m3/h（按15 m3/h選型）；

揚程：40 m；

泵效率：不低于30%；

NPSHr：不高于3 m；

軸功率：不大于8.6 kW。

（3）原系統裝置運行情況：該系統裝置中的三次蒸發進料泵在設計初期考慮到輸送介質的強氧化性和強腐蝕性，以及不允許介質外露，其他泵業公司原來為其選用的是屏蔽泵（如圖3）。

屏遮泵屬離心式無密封泵，泵和驅動電機都被封閉在一個被泵送介質充滿的壓力容器中，此壓力容器只有靜密封。這種結構取消了傳統離心泵具有的旋轉軸密封裝置，理論上能做到完全無泄漏。但屏遮泵也有其缺點：由于采用滑動軸承，且用被輸送的介質進行直接潤滑，對介質的清潔度要求就很高，如果介質潤滑性太差，就會導致軸承磨損，進而使整機無法運行；此外屏遮泵的效率通常低于有密封的離心泵，尤其是小流量時效率更加低，耗能大。

到現場之后，用戶向技術人員反映該屏蔽泵的故障率一直較高，并且不方便現場維修，一旦泵發生故障，必須返廠修復，嚴重影響了系統裝置的正常運行。

圖2 某石油化纖公司酸性廢液綜合利用輸送裝置

（4）經過現場實地考察，認為使用筆者公司的石油化工流程泵取代該屏蔽泵是可行的，技術也是成熟的。

2 新型石油化工流程泵的選型應用[4-5]

正確的選擇泵型，對于裝置能否長周期正常運轉，降低能耗，有著很重要的意義。

（1）根據以上某石油化纖公司系統裝置的設計參數，再結合公司各系列泵的特點，并查閱了對應型普、性能表及曲線，決定選擇石油化工流程泵，泵規格為25-250的性能即可滿足要求，配套佳木斯的隔爆電機，電機功率：11 kW，轉速：2 980 r/min，聯軸器采用帶中間軸的高性能膜片聯軸器。

（2）綜合考慮裝置輸送介質為硝酸、有機酸等強氧化性、強腐蝕性混合物，正常輸送介質溫度接近90℃，并且該介質不允許外露，以免腐蝕設備、污染周圍環境等情況，這就對泵的材質、機封等選擇提出了更高的要求。

根據泵材質相關選用資料[6-7]，以及結合現場使用經驗，將此次石油化工流程泵選型的材質主要定位于304L不銹鋼，以保證泵頭在硝酸腐蝕下的使用壽命。

在泵機械密封方面，考慮到以往使用在相似工況的離心泵有配套丹東克隆為此工況特殊設計的機械密封，決定同樣使用丹東克隆的機械密封，摩擦副為SIC-石墨，密封圈采用耐腐蝕的氟橡膠，沖洗方案為PLAN11，配有凈化裝置，從而保證軸封部位的可靠，防止介質從機封處外露遇到外面的低溫大氣而結晶、使機封磨損加劇、縮短機封使用壽命。

（4）此次選型設計除過流部件采用304 L外，軸承架、公用底座、地腳螺栓等非接觸部件均采用304不銹鋼，防止在現場酸性環境中對這些零部件的腐蝕。

軸承選用的是國際知名品牌SKF軸承，并配有帶恒位油杯的油冷卻裝置，易于散熱，延長了軸承的使用壽命，保證整機可靠、穩定的運行。

公用底座采用槽鋼焊接，其上多帶有排液孔，而其上的積液槽則用于收集從懸架排液孔排出的污液，防止污染周圍環境。

3 針對該系統裝置輸送介質的特殊情況而個性化設計保溫夾套

由于周圍環境溫度偏低，該系統裝置輸送的介質在50℃以下時就會發生結晶，為防止結晶物對過流部件及機封的磨損，再考慮到現場系統其它裝置中有過熱蒸汽，蒸汽參數為：溫度350℃左右，壓力0.45 MPa。故決定在離心泵入口位置外面，增加設計一個蒸汽保溫夾套，用來輸送過熱蒸汽，在啟泵之前通過過熱蒸汽對泵內介質預熱，使之溫度能達到50℃以上，使介質呈液態，為離心泵的啟動創造條件，從而降低磨損，延長整機壽命。

保溫夾套（如圖4）的設計：用卷板機將不銹鋼板卷成尺寸合適的外筒體，通過精密的切割、焊接工藝焊接到離心泵入口位置外面，并預留、焊接進出口管接頭，進行2.4 MPa水壓試驗，并確保穩壓15分鐘無泄漏。

圖4 保溫夾套

4 選型、改進設計前后系統裝置運行情況比較

改進前使用屏遮泵：該屏蔽泵的軸承易損壞，時間久了連同其他部件也一起受磨損，故障率一直較高，并且不方便現場維修，一旦泵發生故障，必須返廠修復，嚴重影響了系統裝置的正常運行，效率也比較低。

改進后使用石油化工流程泵：該泵運行可靠、穩定，效率較高，不易損壞，現場維修方便，能夠保證系統裝置的正常運行。

5 結論

類似于該系統裝置輸送的介質，使用石油化工流程泵代替屏遮泵是可行的，不僅效率高，工藝介質無泄漏，而且運行可靠、穩定，機組壽命長，減少了機組的停產維修次數，而且即使出現故障也比原來易維修，維護費用低，大大提高了企業的經濟效益。

［1］丁成偉.離心泵與軸流泵原理及水力設計［M］.北京：機械工業出版社，1981.

［2］關醒凡.現代泵設計手冊［M］.北京：宇航出版社，1995.

［3］ANSI/API 610-2004.石油、重化學和天然氣工業用離心泵［S］.

［4］王國軒、陳靜，石化裝置用泵選用手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［5］范德明.工業泵選用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1997.

［6］左景伊，左禹.腐蝕數據與選材手冊［M］.北京：化學工業出版社，1995.

［7］中國通用機械工業協會泵業分會.泵材料手冊［Z］.1995.