離心泵工藝設計中容易被忽略的細節

劉曉莉

摘要：離心泵系統設計需要考慮很多細節。本文從防爆，汽蝕和振動，溫度，水錘和安全幾個方面進行分析，闡述了設計時應該考慮到的問題，包括對電氣的要求，最小回流線設計，液位計的設置，伴熱，冷卻，暖泵，水錘計算，安全閥設置等具體細節。

關鍵詞：離心泵，防爆要求，汽蝕和振動，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，就會有電機和電纜，這些電氣設備不止要考慮泵所處的外部環境的防爆要求，還要考慮泵內物料的防爆要求。

1.1防爆等級

防爆等級包含三個內容，爆炸性氣體環境危險區域的劃分，爆炸性氣體混合物的分級、分溫度組別。

1.1.1爆炸性氣體環境應根據爆炸氣體混合物出現的頻繁程度和持續時間，按0區，1區，2區進行分區。

危險區域劃分是由電氣專業決定，但工藝專業在泵的選型中也應該有所考慮。防爆區域不僅影響電機的型號，有時還會影響泵的選型。

1.1.2爆炸性氣體混合物的分級、溫度組別

爆炸性氣體混合物，應按其最大試驗安全間隙（MESG）或最小點燃電流（MICR）分級，分別為IIA，IIB，IIC級。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。分級和溫度組別一般是由電氣專業確定，但需要工藝專業向電氣專業提供物料和周圍環境的工藝參數條件。[1]

1.2靜電接地

對爆炸、火災危險場所可能產生靜電危害的物體，應采取工業靜電接地措施。一般泵制造廠會在制造圖中標明靜電接地位置，以便在泵安裝時預先留好靜電接地的位置。值得注意的是，需向廠家確認泵體和電機都已設置了靜電接地。

1.3對泄漏性的的要求

對輸送易燃、易爆、有毒或貴重介質的泵，要求氮氣機封等可靠軸封或采用無泄漏泵，如屏蔽泵，磁力驅動泵、隔膜泵等。

2汽蝕和振動

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

2.1泵的汽蝕余量

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

NPSHa-NPSHr>S對于一般離心泵，S=0.6～1.0m

在計算裝置汽蝕裕量（NPSHa）時，泵入口管線的壓降一定要準確計算，尤其是靠近臨界點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場要求，必要時需擴大泵入口管管徑或要求泵內設置誘導輪。

2.2最小流量與汽蝕和振動的關系

泵的最小流量有兩種：最小連續穩定流量和最小連續熱控流量。有時候，泵廠家在數據表中會分別列出兩個值，有時候，泵廠家只取這兩個值中的最大值列出。最小連續穩定流量指泵在不超過標準規定的噪聲和振動限度下能夠正常工作的最小流量。最小連續熱控流量是指泵能夠連續運行而不致被泵運液體的溫升所損害的最小流量。

2.2.1最小連續穩定流量適用條件

對于常溫物料，如果泵運行時低于最小連續穩定流量，在葉輪進口處會產生脫流、渦流以及返流，引起泵的振動和噪音，另一方面，低于最小連續穩定流量運行還會對軸和軸承產生徑向力，導致軸偏轉，因此造成機械密封泄露和泵軸損傷。

2.2.2最小連續熱控流量適用條件

一般在高于90華氏度的溫度下輸送物料時，就要考慮溫升和最小連續熱控流量了。其原因是，如果泵運行時低于最小連續熱控流量，則泵運轉時電機產生的熱量無法被物料帶走，導致泵體溫度升高到設計溫度以上，并且有可能使物料溫度升高到臨界值，汽化后產生汽蝕。

綜合以上，為了防止泵長期在低于最小流量的狀態下運行，則需要設置最小回流線。對于最小流量選取，當流體遠低于飽和狀態時，一般選取最小連續穩定流量為較大值，當流體接近飽和狀態時，一般選取最小連續熱控流量為較大值。有時候為了方便起見，泵的最小流量，也可近似估計為額定流量的30%.

2.3防止氣體進入泵入口

對于接近泡點狀態的液體，一般計算氣蝕余量時會多留一點余量，以免產生氣蝕，但也應同時注意在計算時充分估計入口管壓降，必要時采取減少入口管長度或增加管徑的方法。對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生氣相。為防止氣相進入泵內引起氣蝕，應加平衡線，從泵入口管線上引氣相平衡線返回上游設備頂部。

液位過低時，也會有容器中的氣體進入泵入口管道，為防止氣相進入泵的葉輪產生汽蝕，應在泵入口管線或上游設備合適位置增加液位計，并在低液位聯鎖停泵。

2.4泵的管嘴受力過大引起的振動

泵的進出口管嘴的受力情況應進行核算，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致泵的振動。

3.溫度

很多時候，離心泵輸送溫度很高的或者對溫度變化非常敏感的物料，這時候就需要考慮一些細節：

3.1伴熱

對于輸送熱流體的泵，以及輸送容易結晶，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出口必須有切斷閥和旁路線，以便泵檢修時能將伴熱線切出來的同時，又不影響管線伴熱。

伴熱要求在泵的采購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。冷卻介質一般是循環水。有時候不止泵的軸承，泵的電機也需要水冷。循環水的流量由泵的廠家提出，設計人員設計管道時需保證循環水流量滿足泵的要求。

3.3暖泵

當物料溫度高于200攝氏度時，應該在出口止回閥前到切斷閥后設置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，以避免突然冷熱交替對泵管嘴造成大的應力。[1]

3.4防凝

對于兩臺泵一開一備的，需在兩泵的進出口都設置旁路線，當一個泵被切出時，將該泵的旁路閥打開，這樣就能保證被切出的泵進出口管線仍有循環，不會凝結。

泵停用時，必須將泵內物料倒空，因此在泵的進出口最低點設置導淋，保證泵停用時所有物料能被完全倒空，并且在物料凝固時方便進行蒸汽吹掃。[1]

3.5溫度監控

一些溫度要求高的泵進出口管線，需要增設溫度監控。有時泵本體由于故障也會溫度突然升高，這不僅會對泵造成損傷，還會引起物料汽化及其它風險。為防止泵異常溫升，除了對泵潤滑油的溫度進行監控以外，對于中型泵和大型泵，還要對泵的軸溫進行檢測和必要的聯鎖措施。而對于中型和大型的高溫泵，還需對泵的殼體進行溫度監控。[2]

4.水錘

對泵系統來說，導致水錘的原因有兩種，一種是由于泵的正常或事故啟動和停止，一種是由于開關閥瞬間關閉。

對于泵的啟動和停止所引起的水錘，可以在泵出口管線上設置止回閥來消除。對于開關閥瞬間關閉造成的水錘，則需要核算開關閥所需最短關閉時間，保證關閉時間不能小于最短關閉時間。計算公式如下所示：

T>2L/VS

式中：

T——閥門的有效關閉時間，單位為秒（s）;

L——管系的長度，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，要設安全閥。

當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，長度超過30m，時，要設液體膨脹泄壓用安全閥。

綜上所述，經過對防爆，最小回流，溫度，水錘和安全閥等各方面的綜合考慮，設計出的離心泵工藝系統才會更完善，運行也更可靠。

參考文獻

[1]中國石化集團上海工程有限公司，化工工藝設計手冊上冊，第四版北京：化學工業出版社，2012，8.P225，924

[2]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.[CIP].北京：化學工業出版社，2010，9.P119