淺談離心泵選型設計注意事項

王超

（中海油山東化學工程有限責任公司)

淺談離心泵選型設計注意事項

王超*

（中海油山東化學工程有限責任公司)

在石化裝置中，泵的選型設計將直接影響泵的后期運行質量。從詢價技術文件編制以及投標技術文件審查兩個方面介紹了離心泵在選型設計過程中需要注意的事項，并結合相關的實際工程案例進行了分析。

離心泵 石化裝置 選型設計 工程案例 機械密封 技術文件

0 前言

在石油化工裝置中，泵為整個工藝流程提供動力，因此泵能否安全、穩定、長周期運轉，直接影響到整個裝置的正常運行。泵的運行質量以及后期的運行維護狀況，取決于在設計階段泵的選型設計工作[1-2]。在石化裝置中，離心泵的數量占泵總量的70%～80%，因此離心泵的選型設計十分關鍵和重要。

泵的選型設計工作一般由工程公司或設計院動設備工程師負責。本文從詢價技術文件編制以及投標技術文件審查兩個階段對離心泵選型設計過程中需注意的問題進行探討和分析，并結合相關工程案例進行說明。

1 離心泵選型設計注意事項

1.1 詢價技術文件編制

離心泵的詢價技術文件由動設備工程師負責編制，提出對裝置所需泵設備的技術要求。詢價技術文件一般由泵數據表、詢價技術規格書以及相關技術附件組成，詢價技術文件是否完整、合理、準確，將直接影響所采購的泵的質量以及采購進度。編制詢價技術文件應注意以下幾點。

（1）設計人員在編制詢價技術文件時需認真審核工藝、電氣等相關專業提交的條件，必要時與相關專業進行協調和修正。工藝系統專業提出泵揚程和流量等工藝條件后，應根據廠家或現有資料確定是否可以選擇合適的泵，如果沒有合適的泵型或者所選擇的泵型不夠經濟合理，則需要與工藝專業進行溝通，修改工藝參數。

案例1，某項目中泵輸送介質為碳酸二甲脂、硝酸、亞硝酸甲酯等，流量為700 m3/h，揚程為35 m，有效汽蝕余量NPSHa=2.9 m。

由于該泵輸送的介質具有腐蝕性和毒性，因此初步所選泵型為屏蔽泵。與泵廠交流時了解到，由于泵流量較大，因而電機功率較大，且有效汽蝕余量（NPSHa）較小，不滿足設計要求，不利于屏蔽泵連續穩定運行。經動設備工程師與工藝、配管專業協調，將單臺泵改為兩臺泵并聯，兩臺泵相同，流量均為350 m3/h，揚程為35 m。修改后泵的必須汽蝕余量NPSHr滿足要求（要求做汽蝕余量試驗），且單臺泵的功率不大于48 kW，有利于屏蔽泵的長周期穩定運行。

案例2，某100萬t/a乙烯工程罐區凝液泵，間歇工作，流量為3 m3/h，揚程為80.3 m，NPSHa為1.3 m，輸送介質為凝液，汽化壓力為75 kPa，介質密度為600 kg/m3。

如圖1所示，該泵主要功能是輸送凝液罐中存儲的凝液。當凝液罐中液位達到一定高度后，啟動凝液泵，凝液罐布置在地面以下，罐內壓力為常壓。動設備初步選型為自吸離心泵，但由于NPSHa較低，流量較小，查閱廠家和現有泵的資料，沒有合適泵型。經與工藝系統專業溝通，罐區周圍布置有低壓氮氣管線，可增加一條氮氣管線至凝液罐，增加罐內壓力，提高NPSHa，修改后的工藝流程如圖2所示。修改后，NPSHa足夠大，同時將泵的工作流量修改為10 m3/h，既能滿足自吸泵NPSHa要求，又能確保泵高效穩定的工作。

圖1 修改前工藝流程

（2）NPSHa與NPSHr基準不統一。一般工程公司或設計院在計算NPSHa時是以泵基礎上表面為基準，未考慮泵中心線至泵底座下表面的距離。而對于臥式離心泵，API610規定NPSHr的基準為泵葉輪的中心線，若將NPSHa的計算基準改為泵葉輪中心線，將導致NPSHa減小。因此需要詢價技術文件中明確NPSHa的計算基準，以引起供貨商的注意，在選泵時考慮此差異[3]。

圖2 修改后工藝流程

（3）當泵輸送介質為有毒（如甲苯）或有腐蝕性的介質時，在綜合考慮泵的操作工況以及現場條件的基礎上，應優先選擇無泄漏泵，如屏蔽泵和磁力驅動泵。

案例3，某硝酸卸料泵，操作流量為50 m3/h，揚程為25 m，NPSHa為5 m，介質為硝酸，飽和蒸汽壓為2 kPa。

該泵用于硝酸卸車，在卸料后期，會產生抽真空的現象，若采用普通離心泵+機械密封，容易造成機械密封面干摩擦，從而影響泵的正常操作。而硝酸的泄漏又會造成場地腐蝕、污染環境，因此選擇泵型為磁力泵，同時為避免抽空時軸承干摩擦，最終選擇泵型為自吸式磁力泵。

（4）在詢價文件中規定泵型、密封方案以及泵的材料時，應在詢價文件中增加一條備注：“允許賣方提供更經濟和更先進的技術方案（包括泵型、密封型式以及選材）。”這樣有利于買方和設計人員進行比選[4]。

（5）編制的詢價技術文件其內容一定要盡量全面、準確和詳細，至少應包括詢價技術規格書，數據表，公用工程規格，工藝流程圖（PID），電氣和儀表技術規格書等。詢價數據表中要明確泵送介質的組分以及所含固相顆粒的粒度，這利于泵廠選擇泵型和過流部件以及機封材料。當采用國外工藝包時，若無法完全準確理解工藝包中與泵相關的技術文件時，應將其一并放入詢價技術文件中，這更有利于泵廠確定相應技術方案。

案例4，某項目15/5萬t/a MTBE（甲基叔丁基醚）/丁烯-1裝置中共有32臺離心泵，設計人員在詢價文件數據表中填寫的密封沖洗為串聯雙密封Plan11+52。泵廠的報價密封方案為串聯雙密封Plan11+52，并未對該方案提出任何異議。在后期的中間資料確認階段，設計人員發現需將密封方案Plan52放空管線連接至低壓火炬，而該裝置區只有高壓火炬，火炬背壓（0.2 MPa）較高，無法滿足密封方案Plan52要求。查看詢價文件，由于設計人員疏忽，公用工程文件采用整個項目公用工程規格，并未將低壓火炬系統數據刪除。

發現該問題后及時與廠家和業主溝通協商，考慮該裝置中泵送介質均為輕烴，易揮發，最終將密封方案修改為干氣密封Plan11+72+75，并且該密封方案已成功應用于其他項目MTBE裝置，操作簡單，易于維護。其中密封方案Plan72中自力式調節閥閥后壓力調整為0.35～0.38 MPa，火炬背壓滿足要求。

1.2 投標技術文件審查[4]

動設備設計人員應以詢價技術文件為基礎，認真審查泵廠投標文件，包括偏離表、數據表、性能曲線、技術協議等，避免出現常見錯誤或缺陷，提高投標文件水平。審查時應注意以下幾點：

(1)應接受泵廠提出的合理偏離。

例如為保護泵下游管線和設備，一般在詢價文件中提出泵的關閉壓力或關閉揚程不應超過額定點的120%，一些泵型無法滿足該要求，對于這些泵關閉點的揚程或壓力需經系統和管道專業確認。

(2)要對泵的工藝參數進行確認。

投標數據表一般是在詢價數據表上進行完善，有時一些特殊泵型需廠家提供泵廠的數據表，對于該數據表需要對泵的工藝參數重新進行確認，防止泵的工藝參數出錯。

(3)投標文件離心泵數據表中泵性能相關參數均來自泵的性能曲線，需要認真核對數據表中的數據與性能曲線是否一致，避免筆誤造成摘抄錯誤。性能曲線應包括Q-NPSHr、Q-P、Q-η以及Q-H (包括最大葉輪、所選葉輪和最小葉輪)曲線。在性能曲線圖上應明確標出泵正常和額定工況的縱線和橫線。另外，應注意泵的性能曲線是否具有駝峰，避免出現不穩定工作點。

(4)要注意離心泵性能曲線的修正。

在詢價文件中一般規定泵廠投標的性能曲線應換算成泵送介質的性能曲線，若泵廠投標曲線是以清水作為介質繪制的，應通知泵廠進行修正。必須注意：當泵送介質為烴類時NPSHr曲線不用修正。

當泵送介質黏度大于20 mm2/s或含有固體顆粒時，應要求泵廠對性能曲線進行修正，并提交黏性介質性能曲線和出廠驗收清水性能曲線兩張圖。審查時應注意，兩張圖中額定點揚程不同，關死點揚程相同，否則泵的性能曲線不合格[2]。

(5)電機功率的選擇既要經濟合理，又要保證能滿足泵各種工況的需求。

例如，當泵送介質（如輕烴）密度≤600 kg/m3時，電機若按照額定流量下的水試功率來選擇，就會導致電機功率過大。可在詢價文件中規定，“所選擇的電機應能滿足在50%額定流量或最小流量下現場水試要求，泵廠試驗時應采用大功率電機（工廠電機）進行額定流量下清水試驗”。

對于需要自啟的泵，需在數據表中明確標出“需自啟”。審查投標技術文件時，應注意所選電機功率要大于額定葉輪下泵的最大功率，以滿足泵自啟要求。

(6)確保NPSHa與NPSHr基準統一。

由于設計人員疏忽，詢價數據表中經常未標注NPSHa的計算基準，這時需在數據表中增加NPSHa的計算基準“泵基礎上表面”，并結合泵的外形尺寸將NPSHa與NPSHr的計算基準統一。基準統一之后，若NPSHa-NPSHr＜0.6 m，需告知泵廠更換泵型或提高NPSHa值。

(7)要注意泵及其輔助設備材料的選擇。

當泵送介質溫度或環境溫度低于-20℃時，應采用耐低溫材料（如低溫碳鋼或不銹鋼）。另外，應注意一些烴類介質汽化壓力較高，易出現閃蒸工況。雖然正常工作時溫度并不低，但若操作失誤，介質閃蒸，溫度會迅速降至-20℃以下。因此，對于這類泵也應采用耐低溫材料。

對于含有固體顆粒的介質，泵內過流部件應采用耐磨材料，如金屬硬鎳合金。

對于沿海建造的裝置，裝置界區內所用的冷卻水一般是經處理過的海水，因此與冷卻水接觸的管線以及零件在選用材料時要提醒泵廠注意冷水中的氯離子含量。例如，某乙烯裝置中冷卻水氯離子含量為108 mg/kg，泵廠報價文件中Plan52密封罐和冷卻盤管材料為304SS，無法保證冷卻盤管的使用壽命，因此將冷卻盤管的材料改為316SS。

(8)投標數據表中，應要求泵廠填寫機械密封的分類編碼（標準API682）。密封分類編碼包括機械密封的類別、型式、布置以及沖洗方案等信息。有些泵廠僅在數據表中給出沖洗布置方案，這并不能全面準確地反映機械密封信息。對于泵廠給出的密封分類編碼要認真審查。例如，泵的正常工作溫度為200℃，而泵廠給出的密封為C2A2A1152，彈性元件為多彈簧旋轉式，輔助密封元件為O形圈，這種密封結構的工作溫度在176℃以下，明顯不符合API682標準要求。

2 結語

本文是筆者結合自己的工作經驗，從詢價技術文件編制和投標技術文件審查兩個方面簡單介紹了石化裝置中離心泵選型設計過程需要注意的問題，希望能給從事離心泵選型設計工作的設計人一定幫助。在實際離心泵選型工作中，應綜合考慮操作工況、介質特性、項目經驗、安全等因素，選出最經濟合適的泵。

[1]全國化工設備設計技術中心站機泵技術委員會.工業泵選用手冊[M].北京:化學工業出版社，2010：5-10，127-142.

[2]梁秀芬.煉油裝置機泵的選型與采購[J].工業技術科技咨詢導報，2006，14:49.

[3]田爽.淺談離心泵選型[J].化工設計，2015,25(1)：38-39.

[4]魏宗勝.化工泵采購全過程的經驗和教訓[J].泵工程師，2014（10）：24-30.

Notice about Lectotype Design of Centrifugal Pump

Wang Chao

In the petrochemical unit,the lectotype design of the pumps is of great importance to the later running quality.Thus,the notice about the lectotype design from the aspects of the edition of the inquiry technical document and the examination of the biding document is introduced,followed by the study of the practical project case.

Centrifugal pumps;Petrochemical unit;Lectotype design;Project case;Mechanical seal; Technical document

TQ 050.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.08.005

2015-12-10）

*王超，男，1988年生，碩士研究生，工程師。濟南市，250101。