煉油裝置中泵的管道及支架設(shè)計(jì)

于　燕　中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司　青島　266071郭　帥　中國石化青島安全工程研究院　青島　266071

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煉油裝置中泵的管道及支架設(shè)計(jì)

于燕*中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司青島266071
郭帥中國石化青島安全工程研究院青島266071

摘要介紹煉油裝置中泵的出入口管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及管道應(yīng)力和支吊架的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞泵管道設(shè)計(jì)管道應(yīng)力支吊架設(shè)計(jì)

*于燕：工程師。2010年畢業(yè)于青島科技大學(xué)獲碩士學(xué)位。從事煉油化工裝置管道設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話：(0532)80950871，

E-mail：yuyan@cnpccei.cn。

在煉油裝置中，原料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品以及各種溶劑等液體物料的輸送都需依靠泵來完成，相較于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的生產(chǎn)裝置，其管道輸送的介質(zhì)多屬于高溫、高壓、可燃、易爆、有毒物質(zhì)且管道所處環(huán)境較為惡劣，所以煉油裝置中泵的配管與其他裝置有所不同，對泵的應(yīng)力及柔性要求更高。筆者參考相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，對泵的管道、應(yīng)力及支架設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要總結(jié)。

1泵管道設(shè)計(jì)

1.1　入口管道設(shè)計(jì)

泵的入口管道應(yīng)符合《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》SH 3012-2011的規(guī)定，盡可能縮短管道長度，減少彎頭，從設(shè)備到泵的入口管嘴管道標(biāo)高應(yīng)做到步步低，中間不應(yīng)出現(xiàn)“∪”形和“∩”形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為提高泵的吸入性能，減少管道阻力損失，從設(shè)備出口到泵入口管嘴之間的彎頭個數(shù)不宜多于7個。

端部和側(cè)面吸入的泵(冷水泵)，入口處應(yīng)有至少3倍管徑的直管段，防止液體進(jìn)入泵后產(chǎn)生偏流、漩渦流、氣阻，造成振動和噪聲影響泵的揚(yáng)程和功率。雙吸入泵應(yīng)有7倍以上管徑的直管段，以使泵軸兩側(cè)推力相等，葉輪平衡。如泵的制造廠家有要求，自身的泵能夠消除這些影響，也可按照廠商的具體要求設(shè)計(jì)。

當(dāng)泵與設(shè)備連接的管道較短，兩者又不是同一基礎(chǔ)時，連接管道應(yīng)有一定的柔性，以補(bǔ)償基礎(chǔ)的不均勻沉降。

泵入口必須設(shè)置切斷閥，一般選用閘閥。當(dāng)入口管道尺寸比泵嘴大一級時，切斷閥與管道尺寸相同；當(dāng)管道尺寸比泵嘴大二級以上時，切斷閥尺寸可比管道尺寸小一級。閥門的大小需經(jīng)應(yīng)力計(jì)算和工藝專業(yè)管系阻力損失計(jì)算后最終確定。此外，切斷閥應(yīng)盡量靠近泵入口管嘴布置，以便最大限度減少閥和泵嘴之間的滯留量。

施工過程中，管內(nèi)不可避免地會殘留些焊渣等雜物，因此在緊靠泵吸入管道切斷閥的下游，應(yīng)設(shè)置過濾器，并確保清掃時取出金屬網(wǎng)所需空間。抽取金屬網(wǎng)的方向及所需的空間隨過濾器形式而異，應(yīng)特別注意安裝方向受流體流向限制的場合。過濾器的形式有角式T型過濾器、直通式T型過濾器、Y型過濾器、臨時過濾器及籃式過濾器。角式T型過濾器是泵配管中應(yīng)用最廣泛的一種過濾器，又分為正折流和反折流兩種形式。此種過濾器必須安裝在管道上90°拐彎的場合，且盡量使用正折流型。只有在管道安裝空間和操作檢修空間受限制時才使用反折流型過濾器。

端部和側(cè)面吸入的水平管道的變徑管，如工藝資料或工藝包專利商文件中有變徑位置和進(jìn)泵直管段的明確要求時，應(yīng)按要求執(zhí)行。如沒有具體要求時，當(dāng)選用T型正折流過濾器時，采用頂平偏心大小頭，大小頭安裝在過濾器之后，低點(diǎn)排凝設(shè)在過濾器前的管段上；當(dāng)選用T型反折流過濾器時，采用頂平偏心大小頭，大小頭安裝在過濾器之后，低點(diǎn)排凝設(shè)在過濾器與大小頭之間的管段上；當(dāng)選用Y型過濾器時，采用頂平偏心大小頭，大小頭安裝在過濾器之后，濾網(wǎng)抽出方位向下。頂部吸入和排出的垂直管道的變徑，應(yīng)根據(jù)管間距大小選用偏心或同心大小頭。輸送介質(zhì)帶有雜質(zhì)的端部或側(cè)面吸入的管道，當(dāng)吸入速度低于其雜質(zhì)沉降速度時，變徑管應(yīng)取“底平”，用放氣閥來排出變徑處積聚的氣體。

從池內(nèi)抽液體的泵，入口管道應(yīng)有1/50~1/100的上坡度，同時應(yīng)在吸入管底部設(shè)過濾網(wǎng)(通常由制造廠配帶)，液下泵吸入管底距設(shè)備底不小于100mm(離心泵除外)。

1.2　出口管道設(shè)計(jì)

泵出口管道的設(shè)計(jì)，與入口管道設(shè)計(jì)相比，最重要的是閥門操作的便利性和管道的柔性，而非壓力損失。出口管道通常設(shè)計(jì)見圖1。

圖1　出口閥安裝示意

每臺離心泵或旋渦泵出口管道上應(yīng)設(shè)置止回閥，止回閥直徑等于或大于切斷閥直徑，形式以旋啟式或蝶式止回閥為好。泵出口應(yīng)設(shè)切斷閥，切斷閥應(yīng)采用閘閥或其他阻力小的閥門。多用途的泵切斷閥在各分支管上；單用途的泵，應(yīng)盡量裝在靠近泵出口止回閥之后。泵出口切斷閥大小如工藝有要求，按工藝要求執(zhí)行。泵的進(jìn)出口閥門宜錯開并排布置，其手輪間凈距不小于80mm，閥桿不得朝下安裝，安裝高度1.2~1.4m為宜。為滿足泵進(jìn)出口閥門的安裝位置要求和拆卸需要，當(dāng)上進(jìn)上出的泵接管間距較小時，在泵的進(jìn)出口管嘴處采用偏心大小頭，以增加管間距，必要時可在出口管上采用 45°彎頭，此時，兩彎頭焊縫之間距應(yīng)不小于 80mm。

2泵管道應(yīng)力

由于煉油裝置中物料多為高溫、高壓、可燃、易爆、有毒等，因此泵進(jìn)出口管道的布置應(yīng)按照《石油化工管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)范》 SH/T 3041考慮管道柔性設(shè)計(jì)要求。特別是泵的出口管線在高溫高壓條件下，必須經(jīng)過應(yīng)力分析，根據(jù)熱應(yīng)力的大小確定管線的走向。作用于泵管嘴處的受力，不得超過泵管嘴允許受力，否則將影響泵的可靠性。須根據(jù)制造廠提供的接口的允許推力和力矩進(jìn)行核算。在制造廠沒有提供允許受力數(shù)據(jù)的情況下，可按 API 610 有關(guān)規(guī)定進(jìn)行泵管嘴受力核算。設(shè)計(jì)時，根據(jù)物料溫度來決定管道的形式。塔底泵的幾種布置形式見圖2。如果兩臺泵中有一臺是備用泵，計(jì)算熱應(yīng)力時，兩臺泵的管道都需計(jì)算。在泵的接口附近，管道要設(shè)支架。對于 Y 型泵，泵嘴子朝上，所以應(yīng)在立管或立管彎頭處設(shè)置吊架，使管道的應(yīng)力和重量由支架承受，而不是泵體承受，這樣在泵檢修吊走時也不需另設(shè)管道臨時支架。

圖2　塔底泵的管道布置方案

3泵管道支吊架設(shè)計(jì)

為減少泵體受力的影響程度，應(yīng)在靠近泵的管道上設(shè)置恰當(dāng)?shù)闹А⒌跫埽蛟O(shè)置必要的彈簧支、吊架。泵周圍設(shè)置支架的幾種形式見圖3。泵出口向上時，可在泵基礎(chǔ)以外的位置由下向上設(shè)置支架，見圖4。也可在泵口正上方的拐彎處由上向下設(shè)吊架，見圖5。

圖3　管道支架形式舉例

圖4　由下支撐形式

成排布置的泵，可在進(jìn)出口管道上方設(shè)一承受管道質(zhì)量的鋼梁，一般不得將其支吊在其他管道上。有振動的管道，應(yīng)設(shè)減振支架；在泵的進(jìn)出口管道處宜設(shè)可調(diào)支架，減少由于安裝誤差產(chǎn)生的對泵口的附加力。有垂直熱(冷)位移的管道，應(yīng)選用彈簧支吊架，以減少對泵口的作用力。

圖5　從上向下吊形式

為使管道按某一特定方向變位或限制某一方向上的位移，以減少垂直于泵軸線方向作用力，應(yīng)設(shè)導(dǎo)向支架或限位支架。對大型泵的高溫進(jìn)出口管道，為減輕泵口的受力而設(shè)置的支架，應(yīng)盡量使約束點(diǎn)和泵口之間的相對熱伸縮量最小，見圖6。泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上設(shè)置可調(diào)可拆支架，見圖7。

4結(jié)語

泵在煉油裝置中占有重要地位，因此泵的管道設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在具體設(shè)計(jì)過程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，加以綜合考慮，在滿足工藝流程要求的情況下，充分考慮管道應(yīng)力，力求做出經(jīng)濟(jì)、安全、美觀的管道設(shè)計(jì)。

圖6　高溫管道支架安裝示意圖

圖7　水平吸入管道支架設(shè)置

參考文獻(xiàn)

1張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊[M]．北京: 中國石化出版社，2009．

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3于秀美. 泵的布置和管道設(shè)計(jì)要求 [J].內(nèi)蒙古石油化工，2009,23:42-44.

(收稿日期2015-09-15)