煉化裝置常見自吸泵特點及注意事項

王小鵬，高新懂，劉 昉

（中國寰球工程公司， 北京 100012）

煉化裝置常見自吸泵特點及注意事項

王小鵬，高新懂，劉 昉

（中國寰球工程公司， 北京 100012）

目前市場上自吸泵種類繁多，為使工程設計人員能掌握各種泵型的特點，根據實際工作經驗，按照工作原理的不同，把目前市場上常見的自吸泵分為六種，通過介紹這六種自吸式泵的工作原理，明確了各種泵型的優缺點；另外，闡述了工程設計階段選擇和布置自吸泵應注意的幾個事項，供工程設計人員參考使用。

自吸泵； 工作原理； 優缺點；注意事項

在煉化裝置中經常碰到需要將水池或地下罐中的液體輸送到地面或更高處的工況,通常可以選擇長軸液下泵、潛水泵或自吸式離心泵（以下簡稱自吸泵）。長軸液下泵制造成本相對較高，軸系較長使得每次檢維修時都需要用吊車起吊，而且如果加工有缺陷或使用不當的話可能釀成事故[1]；如果選用潛水泵，在煉化裝置中通常要選擇防爆潛水泵，目前國內能生產防爆潛水泵的廠家較少，而且潛水泵長期浸泡的液體中，雖然會配置必要的泄漏檢測裝置，但仍然不便于及時發現機械方面的磨損。而自吸泵安裝在地面上，便于檢維修，且整體造價不高，在吸上高度及汽蝕余量滿足工藝要求的前提下，在煉化裝置中有較廣泛的應用。

目前市場上自吸泵種類繁多[2]，如何能夠選擇最適合項目要求的自吸泵，是工程設計人員必須要研究的問題。

筆者根據多年的工作經驗，按工作原理不同，將煉化裝置中常見的自吸泵分為六種基本類型，下面將分別介紹其工作原理，分析其優缺點，并給出工程設計階段選擇和安裝自吸泵應注意的幾個事項。

1 煉化裝置常見自吸泵工作原理及其優缺點分析

1.1 無密封自吸泵

如圖1所示，該泵因外形很像茶壺，故又常被稱作“大茶壺”型自吸泵。在泵殼內設有儲液室和氣液分離室,啟動前將泵體及其下方的儲液室內灌滿介質, 啟動后通過葉輪不斷地將氣液混輸進分離室，使其分離，分離的液體通過回流孔回到儲液室,直至將入口管線中空氣抽走,達到吸上介質的目的。停泵時，入口電磁閥自動關閉，防止泵體內液體因虹吸作用倒流回入口管線，造成泵體內儲液不足，影響再次啟動。

該泵型優點是結構簡單、體積小、重量輕；泵組的整體造價不高，可供選擇的生產廠家較多；工作時利用副葉輪防止泄漏，無需機械密封。缺點在于介質中存在雜質時易造成回流孔堵塞，影響自吸性能，甚至造成自吸失效；由于副葉輪和回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地區也只能達到5 m左右，不能滿足較深水池的吸水要求；入口電磁閥一旦失效將使介質虹吸倒流，泵內存液不足，無法再次自吸；停運時，副葉輪不能再起到密封作用，造成揮發性氣體泄漏；出口止回閥一旦損壞，停泵時回液，致使泵腔內水位過高，從軸封處泄漏。

圖1 無密封自吸泵示意圖Fig. 1 Sketch of sealless self-priming pump

針對該泵型的如上缺點，很多廠商已提出了改進型產品[3,4]，各家產品不盡相同，此處不再一一贅述。

1.2 內回流自吸泵（又稱氣液混合式自吸泵）

如圖2所示，該泵外形與普通OH2型離心泵相比，多了一個“大肚子”，故又常被稱作“大肚子”型自吸泵。在泵體內設有氣液分離室,啟動前將泵灌滿介質，啟動后通過葉輪不斷地氣液混輸、分離和回流，將泵吸入管空間抽真空，達到吸上介質的目的。

圖2 內回流自吸泵示意圖Fig. 2 Sketch of internal backflow self-priming pump

該泵型優點是結構簡單，造價不高，可供選擇的生產廠家較多。缺點在于介質中存在雜質時易造成回流孔堵塞，影響自吸性能，甚至造成自吸失效；由于回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地區也只能達到5 m左右，不能滿足較深水池的吸水要求。

1.3 氣液混輸同步排吸泵

如圖3所示，氣液混輸同步排吸泵利用獨特的射流自吸裝置（吸入端的氣液混輸罐），工作時對吸入管路及泵腔內的空氣和流體進行連續的分離及壓縮，將流體提升上來并輸送出去，從而完成吸水和揚水的功能。不同廠商在設計氣液混輸罐時細節略有不同，一般是廠商的專利設計，在與廠商進行技術澄清時應注意對比。

圖3 氣液混輸同步排吸泵示意圖Fig. 3 Sketch of gas-liquid synchronous transportation self-priming pump

該泵型優點是自吸時間短，俗稱“開機即出水”；在平原地區，自吸高度可達8 m，能滿足煉化裝置中絕大多數工況的應用要求；自吸裝置沒有轉動部件，故障率低，振動小。缺點在于在寒冷地區需考慮氣液混輸罐的保溫伴熱；當吸入管路直徑較大時，氣液混輸罐的體積較大，占地面積較大(安裝位置距離吸水池較遠時，為避免氣液混輸罐體積過大，有些廠商的產品中氣液混輸罐可以與泵體分開，布置在更靠近水池處，中間用管線連接）。

1.4 一體式強自吸泵[5]

該泵型如圖4所示，將離心泵軸稍微加長，靠自身泵軸上連接的偏心齒輪機構帶動配置在軸承箱處的吸排氣機構，用吸氣管將吸排氣機構和泵吸入管聯通。啟動主電機后，吸排氣結構將吸入管及泵殼內氣體排出，介質吸入到泵體，泵組自帶的控制系統檢測到介質吸上后，發出信號利用電磁離合器將吸排氣機構與高速旋轉的泵軸脫離，使其停止吸排氣，調節出口管線閥門，泵正常運行。

圖4 一體式強自吸泵示意圖Fig. 4 Sketch of integral self-priming pump

該泵型優點是啟動時不用灌水；自吸時間短，對于25～6 000 m3/h的流量，自吸時間約為15～200 s；在平原地區，自吸高度可達8 m，能滿足煉化裝置中絕大多數工況的應用要求；整體造價在強自吸類泵中相對較低。缺點在于排氣機構采用齒輪離合，操作時會發生磨損；吸排氣機構內的墊片一旦發生老化，將會漏氣影響自吸；結構復雜，拆裝維修不便；吸排氣機構的檢測元件若不靈敏，介質可能被吸入到吸排氣機構，出現噴水現象；吸排氣機構的排氣不便收集，若含有有毒有害氣體將污染大氣。

1.5 透平同步排吸泵

該泵型也屬于強自吸類泵的一種，是近些年推出的專利產品。如圖5所示，在泵的吸入端配置由電機驅動的高速旋轉的透平排氣機，將吸入管及泵體中的空氣在短時間內抽出形成真空，介質在大氣壓作用下吸入到泵體內，控制系統啟動泵運行，同時停止透平排氣機。

圖5 透平同步排吸泵示意圖Fig.5 Sketch of turbine synch type self-priming pump

該泵型優點是泵啟動時不用灌水；在平原地區，自吸高度可達8米，能滿足煉化裝置中絕大多數工況的應用要求；立式泵停機后，吸入管及泵腔內無殘留介質，無需對泵及吸入管路采取保溫措施，適合于冬季特別是高寒地區無保溫工況下安裝使用；缺點在于雖然透平排氣機葉輪與殼體采用鋁合金制造，不會產生火花，但透平機高速旋轉，與排出氣體摩擦發熱，其應用在有易燃易爆氣體工況的安全性還有待進一步論證；檢測元件如果失效，液體吸入透平機可能造成透平排氣機損壞；透平排氣機結構復雜，維修成本較高。

1.6 自吸機式自吸泵

如圖6所示，該泵型也屬于強自吸類泵的一種，也是近年來推出的專利新產品。在離心泵的吸入端配置了自吸機，自吸機采用隔膜往復運動原理，接通電源后，自吸機首先開始運行，將入口管和泵腔瞬間抽成真空，介質在大氣壓作用下進入泵腔，控制柜控制自吸機自動停止工作，泵自動啟動安全運行，并可進行遠程控制操作。

圖6 自吸機式自吸泵示意圖Fig. 6 Sketch of pump with self-priming machine

該泵型的優點是泵啟動時不用灌水；自吸時間短，一般只有幾十秒；平原地區自吸高度可達8米；自吸機是獨立機構，可單獨維修和更換；自吸機抽真空時所排放的氣體可以通過管路排到安全位置，安全環保。缺點在于整體造價偏高；對大功率的泵，高壓控制柜不能由泵廠商直接供貨。

2 工程設計階段應注意事項

在工程設計過程中，了解自吸泵本身的工作原理和優缺點可以選到適合的泵型［6］，但除了自吸泵本體，其它方面的影響因素也需充分考慮，下面簡要闡述幾個比較重要的事項。

2.1 大氣壓

根據公式(1)[7]可知大氣壓力是影響自吸高度的一個重要參數。在與廠商進行技術澄清時一定要提醒廠商根據當地的大氣壓（尤其是高原地區）核算對自吸高度的影響，以筆者經歷的不同項目為例，四川某地區大氣為94.75 kPa(A)，陜西某地區大氣壓為87 kPa(A)，云南某地區大氣壓為81.5 kPa(A)，可見在不同地區單是大氣壓的差別就能使同一臺泵的吸上高度相差1 m多，最大甚至到2 m多，故在討論泵自吸高度時，一定要注意不同項目大氣壓的影響。

式中: H-泵的允許安裝高度，m；

P0-大氣壓或液體表面上方氣壓，Pa；

ρ-液體密度，kg/m3;

g-重力加速度，m/s2;

pv-操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa；

NPSHR-泵的允許汽蝕余量，m；

Hf-系統阻力降，m。

2.2 管路布置

吸入管路的直徑要合理，直徑越大需要的自吸時間越長，直徑太小阻力降變大，使裝置NPSHA值變小，不利于泵選擇。管路長度應盡量短而直，盡量減少彎頭和附件，當泵位置距離吸水池較遠時，應將管路布置示意圖發給廠商。泵的管路應有自己的支架，以保證管路施加在泵上的力和力矩在許可的范圍內。吸入管路嚴禁漏氣，排出管路應設有止回閥。吸入管口距水池地面的距離一般不小于 500 mm，以減少吸入池底雜物的可能，當設置入口過濾器時，過濾器應便于清洗和更換。

2.3 軸封選擇

自吸泵軸封及密封沖洗方案的選擇和普通離心泵基本一致，這里要強調的是如果選擇填料密封，則要注意填料處可能漏氣而影響自吸性能。另外，填料密封本身需要介質潤滑，正常運行時會有微量泄漏，考慮到煉化項目對環保要求越來越高，筆者還是推薦盡可能地選擇機械密封，以減少泄漏，同時減小對自吸性能的影響。但是，機械密封在泵啟動瞬間如果出現問題反而會成為了一個泄漏點，所以在選擇機械密封時，要與泵廠家約定機械密封的供貨商，選擇質量可靠的產品。

2.4 備件選擇

備件應根據所選自吸泵的型式來合理配置，過多造成浪費，過少則滿足不了日常操作維護的需要。通常來說，對于內回流自吸泵、氣液混輸同步排吸泵、透平同步排吸泵、自吸機式自吸泵可以和普通離心泵一樣選擇備件，如O型圈、墊片、耐磨環、機械密封等。一體式強自吸泵，還要注意備用吸氣管、閥片；對于無密封自吸泵，如果資金充足，可以考慮備用電磁閥，如果資金有限，可以按普通離心泵考慮備件。

3 結束語

本文根據多年的工作經驗積累，介紹了煉化裝置中目前常見的六種自吸泵的工作原理，分析了各種泵型的優缺點；另外，闡述了工程設計階段選擇和安裝自吸泵過程中比較重要的幾個事項，供廣大設計人員參考使用。

［1］張國釗．立式長軸泵振動致污水池閃爆事故分析[J]. 化學工業與工程技術，2012，33(6)：50-53．

［2］劉希英．淺析各種類自吸泵比較[J]. 化工管理，2013(8)：45．

［3］陳祥云．立式自吸泵的結構分析與改進設計[J]. 水泵技術，2007(4)：45-46．

［4］吳波，劉冬桂. 垂直吸水無泄漏立式自吸泵的設計開發[J]. 流體機械，2008，36(11)：38-40．

［5］蔣利軍，劉意平．一種新型強自吸泵在循環水場的應用[J]. 流體機械，2004，32(6)：27-29．

［6］李鐵軍. 泵類設備的管道設計及常見問題分析［J］. 當代化工，2014，43（8）：1532-1535.

［7］姚玉英．化工原理[M]. 天津：天津大學出版社，1998： 100-101．

Characteristics of Common Self-priming Pumps in Petrochemical Units and Attentions About Selection and Layout of Self-priming Pumps

WANG Xiao-peng， GAO Xin-dong， LIU Fang
( China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation, Beijing 100012, China）

Types of self-priming pumps are various in the market. In order to make the engineering designer know characteristics of different self-priming pumps, self-priming pumps were divides into six types based on the working principles, and advantage and disadvantage of different types of self-priming pumps were also analyzed. Besides, some important engineering issues about selection and arrangement of self-priming pumps in engineering design were discussed.

Self-priming pump; Working principle; Advantage and disadvantage; Engineering issues

TE 624

A

1671-0460（2014）12-2566-04

2014-09-08

王小鵬（1982-），男，山東煙臺人，工程師，碩士，2008年畢業于山東大學化工過程機械專業，研究方向：主要從事石油化工行業轉動設備的工程設計和研究工作。E-mail：wxp2610447@163.com。