離心泵工藝設(shè)計(jì)中容易被忽略的細(xì)節(jié)

劉曉莉

摘要：離心泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮很多細(xì)節(jié)。本文從防爆，汽蝕和振動(dòng)，溫度，水錘和安全幾個(gè)方面進(jìn)行分析，闡述了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到的問題，包括對(duì)電氣的要求，最小回流線設(shè)計(jì)，液位計(jì)的設(shè)置，伴熱，冷卻，暖泵，水錘計(jì)算，安全閥設(shè)置等具體細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵詞：離心泵，防爆要求，汽蝕和振動(dòng)，最小流量回流線，泵的伴熱，暖泵，水錘，安全閥

1防爆

既然是離心泵，就會(huì)有電機(jī)和電纜，這些電氣設(shè)備不止要考慮泵所處的外部環(huán)境的防爆要求，還要考慮泵內(nèi)物料的防爆要求。

1.1防爆等級(jí)

防爆等級(jí)包含三個(gè)內(nèi)容，爆炸性氣體環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，爆炸性氣體混合物的分級(jí)、分溫度組別。

1.1.1爆炸性氣體環(huán)境應(yīng)根據(jù)爆炸氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間，按0區(qū)，1區(qū)，2區(qū)進(jìn)行分區(qū)。

危險(xiǎn)區(qū)域劃分是由電氣專業(yè)決定，但工藝專業(yè)在泵的選型中也應(yīng)該有所考慮。防爆區(qū)域不僅影響電機(jī)的型號(hào)，有時(shí)還會(huì)影響泵的選型。

1.1.2爆炸性氣體混合物的分級(jí)、溫度組別

爆炸性氣體混合物，應(yīng)按其最大試驗(yàn)安全間隙（MESG）或最小點(diǎn)燃電流（MICR）分級(jí)，分別為IIA，IIB，IIC級(jí)。溫度組別，即爆炸性氣體混合物引燃溫度組別，按引燃溫度由高到低分別為T1，T2，T3，T4，T5，T6。分級(jí)和溫度組別一般是由電氣專業(yè)確定，但需要工藝專業(yè)向電氣專業(yè)提供物料和周圍環(huán)境的工藝參數(shù)條件。[1]

1.2靜電接地

對(duì)爆炸、火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所可能產(chǎn)生靜電危害的物體，應(yīng)采取工業(yè)靜電接地措施。一般泵制造廠會(huì)在制造圖中標(biāo)明靜電接地位置，以便在泵安裝時(shí)預(yù)先留好靜電接地的位置。值得注意的是，需向廠家確認(rèn)泵體和電機(jī)都已設(shè)置了靜電接地。

1.3對(duì)泄漏性的的要求

對(duì)輸送易燃、易爆、有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求氮?dú)鈾C(jī)封等可靠軸封或采用無泄漏泵，如屏蔽泵，磁力驅(qū)動(dòng)泵、隔膜泵等。

2汽蝕和振動(dòng)

如果想要避免泵的汽蝕和振動(dòng)，就要注意考慮泵的氣蝕余量，泵的最小流量，以及防止泵入口進(jìn)入氣體等問題。

2.1泵的汽蝕余量

為了避免離心泵工作時(shí)產(chǎn)生汽蝕，因此必須保證泵的裝置汽蝕余量與泵廠家的實(shí)際汽蝕余量的差值大于安全裕量S。即

NPSHa-NPSHr>S對(duì)于一般離心泵，S=0.6～1.0m

在計(jì)算裝置汽蝕裕量（NPSHa）時(shí)，泵入口管線的壓降一定要準(zhǔn)確計(jì)算，尤其是靠近臨界點(diǎn)的物料以及高粘度物料的入口管線，一定要保證泵的汽蝕余量滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，必要時(shí)需擴(kuò)大泵入口管管徑或要求泵內(nèi)設(shè)置誘導(dǎo)輪。

2.2最小流量與汽蝕和振動(dòng)的關(guān)系

泵的最小流量有兩種：最小連續(xù)穩(wěn)定流量和最小連續(xù)熱控流量。有時(shí)候，泵廠家在數(shù)據(jù)表中會(huì)分別列出兩個(gè)值，有時(shí)候，泵廠家只取這兩個(gè)值中的最大值列出。最小連續(xù)穩(wěn)定流量指泵在不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的噪聲和振動(dòng)限度下能夠正常工作的最小流量。最小連續(xù)熱控流量是指泵能夠連續(xù)運(yùn)行而不致被泵運(yùn)液體的溫升所損害的最小流量。

2.2.1最小連續(xù)穩(wěn)定流量適用條件

對(duì)于常溫物料，如果泵運(yùn)行時(shí)低于最小連續(xù)穩(wěn)定流量，在葉輪進(jìn)口處會(huì)產(chǎn)生脫流、渦流以及返流，引起泵的振動(dòng)和噪音，另一方面，低于最小連續(xù)穩(wěn)定流量運(yùn)行還會(huì)對(duì)軸和軸承產(chǎn)生徑向力，導(dǎo)致軸偏轉(zhuǎn)，因此造成機(jī)械密封泄露和泵軸損傷。

2.2.2最小連續(xù)熱控流量適用條件

一般在高于90華氏度的溫度下輸送物料時(shí)，就要考慮溫升和最小連續(xù)熱控流量了。其原因是，如果泵運(yùn)行時(shí)低于最小連續(xù)熱控流量，則泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的熱量無法被物料帶走，導(dǎo)致泵體溫度升高到設(shè)計(jì)溫度以上，并且有可能使物料溫度升高到臨界值，汽化后產(chǎn)生汽蝕。

綜合以上，為了防止泵長(zhǎng)期在低于最小流量的狀態(tài)下運(yùn)行，則需要設(shè)置最小回流線。對(duì)于最小流量選取，當(dāng)流體遠(yuǎn)低于飽和狀態(tài)時(shí)，一般選取最小連續(xù)穩(wěn)定流量為較大值，當(dāng)流體接近飽和狀態(tài)時(shí)，一般選取最小連續(xù)熱控流量為較大值。有時(shí)候?yàn)榱朔奖闫鹨姡玫淖钚×髁浚部山乒烙?jì)為額定流量的30%.

2.3防止氣體進(jìn)入泵入口

對(duì)于接近泡點(diǎn)狀態(tài)的液體，一般計(jì)算氣蝕余量時(shí)會(huì)多留一點(diǎn)余量，以免產(chǎn)生氣蝕，但也應(yīng)同時(shí)注意在計(jì)算時(shí)充分估計(jì)入口管壓降，必要時(shí)采取減少入口管長(zhǎng)度或增加管徑的方法。對(duì)于輸送常溫下飽和蒸氣壓高于大氣壓的液體，在操作條件下容易部分汽化產(chǎn)生氣相。為防止氣相進(jìn)入泵內(nèi)引起氣蝕，應(yīng)加平衡線，從泵入口管線上引氣相平衡線返回上游設(shè)備頂部。

液位過低時(shí)，也會(huì)有容器中的氣體進(jìn)入泵入口管道，為防止氣相進(jìn)入泵的葉輪產(chǎn)生汽蝕，應(yīng)在泵入口管線或上游設(shè)備合適位置增加液位計(jì)，并在低液位聯(lián)鎖停泵。

2.4泵的管嘴受力過大引起的振動(dòng)

泵的進(jìn)出口管嘴的受力情況應(yīng)進(jìn)行核算，確保受力小于廠家提供的最大受力要求，以免泵管嘴荷載過大，引起泵管嘴變形而導(dǎo)致泵的振動(dòng)。

3.溫度

很多時(shí)候，離心泵輸送溫度很高的或者對(duì)溫度變化非常敏感的物料，這時(shí)候就需要考慮一些細(xì)節(jié)：

3.1伴熱

對(duì)于輸送熱流體的泵，以及輸送容易結(jié)晶，容易凝固的流體的泵，均需要考慮泵的伴熱。

泵的蒸汽及熱水伴熱線進(jìn)出口必須有切斷閥和旁路線，以便泵檢修時(shí)能將伴熱線切出來的同時(shí)，又不影響管線伴熱。

伴熱要求在泵的采購(gòu)過程中需要和廠家充分交流，以保證泵的選型和制造能夠滿足物料的溫度要求。

3.2冷卻

對(duì)于容易隨溫度的升高而汽化的的物料，需要考慮泵的冷卻。冷卻介質(zhì)一般是循環(huán)水。有時(shí)候不止泵的軸承，泵的電機(jī)也需要水冷。循環(huán)水的流量由泵的廠家提出，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)管道時(shí)需保證循環(huán)水流量滿足泵的要求。

3.3暖泵

當(dāng)物料溫度高于200攝氏度時(shí)，應(yīng)該在出口止回閥前到切斷閥后設(shè)置DN20～DN25的旁路管線做為暖泵線，旁路線閥門小開度，或者加限流孔板，使流量為正常流量的3%～5%，讓泵處于熱備狀態(tài)，以避免突然冷熱交替對(duì)泵管嘴造成大的應(yīng)力。[1]

3.4防凝

對(duì)于兩臺(tái)泵一開一備的，需在兩泵的進(jìn)出口都設(shè)置旁路線，當(dāng)一個(gè)泵被切出時(shí)，將該泵的旁路閥打開，這樣就能保證被切出的泵進(jìn)出口管線仍有循環(huán)，不會(huì)凝結(jié)。

泵停用時(shí)，必須將泵內(nèi)物料倒空，因此在泵的進(jìn)出口最低點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)淋，保證泵停用時(shí)所有物料能被完全倒空，并且在物料凝固時(shí)方便進(jìn)行蒸汽吹掃。[1]

3.5溫度監(jiān)控

一些溫度要求高的泵進(jìn)出口管線，需要增設(shè)溫度監(jiān)控。有時(shí)泵本體由于故障也會(huì)溫度突然升高，這不僅會(huì)對(duì)泵造成損傷，還會(huì)引起物料汽化及其它風(fēng)險(xiǎn)。為防止泵異常溫升，除了對(duì)泵潤(rùn)滑油的溫度進(jìn)行監(jiān)控以外，對(duì)于中型泵和大型泵，還要對(duì)泵的軸溫進(jìn)行檢測(cè)和必要的聯(lián)鎖措施。而對(duì)于中型和大型的高溫泵，還需對(duì)泵的殼體進(jìn)行溫度監(jiān)控。[2]

4.水錘

對(duì)泵系統(tǒng)來說，導(dǎo)致水錘的原因有兩種，一種是由于泵的正常或事故啟動(dòng)和停止，一種是由于開關(guān)閥瞬間關(guān)閉。

對(duì)于泵的啟動(dòng)和停止所引起的水錘，可以在泵出口管線上設(shè)置止回閥來消除。對(duì)于開關(guān)閥瞬間關(guān)閉造成的水錘，則需要核算開關(guān)閥所需最短關(guān)閉時(shí)間，保證關(guān)閉時(shí)間不能小于最短關(guān)閉時(shí)間。計(jì)算公式如下所示：

T>2L/VS

式中：

T——閥門的有效關(guān)閉時(shí)間，單位為秒（s）;

L——管系的長(zhǎng)度，單位為米（m）

VS——管道中流體的聲速，單位為米每秒（m/s）

5.安全閥

在非正常吸入工況下，離心泵的壓力可能超過泵體能承受的最高壓力，或者高于下游配管最大允許工作壓力的133%時(shí)，要設(shè)安全閥。

當(dāng)泵上下游的管道可能被切斷閥在兩端切斷，且兩閥之間的管道直徑大于或等于200mm，長(zhǎng)度超過30m，時(shí)，要設(shè)液體膨脹泄壓用安全閥。

綜上所述，經(jīng)過對(duì)防爆，最小回流，溫度，水錘和安全閥等各方面的綜合考慮，設(shè)計(jì)出的離心泵工藝系統(tǒng)才會(huì)更完善，運(yùn)行也更可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)，第四版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012，8.P225，924

[2]全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)泵技術(shù)委員會(huì)，工業(yè)泵選用手冊(cè).[CIP].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010，9.P119