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化工泵的选型

发布日期:2019-01-25  浏览次数:1095

  前言

  正确选用不同工艺条件下操作的化工泵,使之满足长周期、安全运转和节能的要求,这对从事机泵工作的有关人员是非常重要的一件事。

  泵选型看似简单,其实不然。要做出好的选型不是件容易的事情,往往需要依据很多实践经验,涉及泵、密封及辅助系统、调速系统、润滑系统、冷却系统、材料、电机、联轴器、电器、仪表、工艺流程等多方面知识,有时需要设计单位、泵制造厂和用户一起讨论交流磋商,确定泵的最终选型方案。

  泵的类型、系列和型号的选择

  ■ 选型条件

  1、输送介质的物理化学性能:

  输送介质的物理化学性能直接影响泵性能、材料和结构。介质的物理化学性能包括:名称、特性(腐蚀、磨蚀、毒性等)、颗粒大小及含量、密度、粘度、汽化压力等。必要时还应列出介质中的气体含量,说明介质是否容易结晶等。

  2、工艺参数:

  工艺参数是泵选型的重要依据,应根据工艺流程和操作变化范围慎重考虑。

  流量Q:工艺装置中要求泵输送的介质量,应给出正常、最大、最小流量。选泵时,要求泵额定流量不小于装置的最大流量,或取正常流量的1.1~1.15倍。

  扬程H:工艺装置所需要的扬程值,也称为计算扬程。一般要求泵额定扬程为装置所需扬程的1.05~1.1倍。

  进口压力Ps和出口压力Pd:指泵进出接管法兰处的压力,进出口压力大小影响到泵壳的耐压和轴封的要求。

  温度:泵进口温度,一般给出正常、最高、最低温度。

  装置气蚀余量NPSHa:也称为有效气蚀余量。

  操作状态:连续或间断运行。

  ■ 泵类型的选择

  选泵类型应根据装置的工艺参数、输送介质的物理和化学性质、操作周期和泵的结构特性等因素合理选择。

  离心泵具有结构简单,输送液体无脉动,流量调节简单等优点,所以除以下情况外,要尽可能地选用离心泵。

  有计量要求时选用计量泵;

  扬程很高流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可以选用时可选用往复泵;如气蚀要求不高时也可以选用旋涡泵;

  扬程很低流量很大时选用轴流泵或混流泵;

  粘度较大(650~1000mm2/s)时,可以考虑选用转子泵或往复泵,粘度特大时,可以选用特殊设计的高粘度转子泵和高粘度往复泵;

  介质含气量>5%,流量较小且粘度小于37.4mm2/s时,可以选用旋涡泵。如允许流量有脉动,可以选用往复泵。

  对启动频繁或灌泵不便的场合,应选用具有自吸性能的泵,如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、容积泵等。

  ■ 泵系列和材料的选择

  泵的系列是指泵厂生产同一类结构和用途的泵,如IH、CZ、IJ、ZA型化工流程泵,AY型油泵,ZE型石油化工流程泵等。当泵的类型确定后,就可以根据工艺参数和介质特性来选择泵的系列和材料。

  如果确定选用离心泵后,可进一步考虑如下项目:

  根据介质特性决定选用哪种特性泵,如清水泵、耐腐蚀泵、化工流程泵和杂质泵等。介质为剧毒、贵重或有放射性等不允许泄漏物质时,应考虑选用无泄漏泵(如屏蔽泵或磁力泵)或带有泄漏液收集和泄漏报警装置的双端面机械密封。如介质为液化烃等容易挥发液体应选择低气蚀余量泵,如筒型泵。

  根据现场安装条件选择卧式泵、立式泵(含液下泵、管道泵)。

  根据流量大小选用单吸泵、双吸泵、小流量离心泵。

  根据扬程高低选用单级泵、多级泵、高速离心泵等。

  以上各项确定后即可根据各类泵中不同系列泵的特点及生产厂的条件,选择合适的泵系列及生产厂。

  最后根据装置特点及泵的工艺参数,决定选用哪一类制造与检验标准。如要求较高时,可选用API610标准,要求一般时,可选用GB5656(ISO5199)标准。

  ■ 泵型号的确定

  泵的类型、系列和材料选定后就可以根据泵厂提供的样本及有关资料确定泵的型号(即规格)。

  离心泵型号的确定:

  额定流量和扬程的确定:额定流量一般直接采用最大流量,如缺少最大流量时,常常取正常流量的1.1~1.15倍。额定扬程一般取装置扬程的1.05~1.1倍。对于粘度>20mm2/s或含有固体颗粒的介质,需要换算成输送清水时的额定流量和扬程,再进行以下工作。

  查系列型谱图:按额定流量和扬程查出初步选择的泵型号,可能为一种,也可能为两种以上。

  校核:按照性能曲线校核泵的额定工作点是否落在泵的高效工作区内;校核泵的气蚀余量NPSHr是否符合要求。

  当符合上述条件者有两种以上规格时,要选择综合指标最高者为最终选定的泵型号。具体可以比较以下参数:效率(泵效率高者为优)、重量(重量轻者为优)、和价格(价格低者为优)。

  ■ 原动机功率的确定

  离心泵轴功率Pa:

  Pa=QH/(3.6×102×η)

  Q:m3/h,H:m,η:<1。(如η=80%用0.8带入计算)

  Pa:kW。

  原动机的配用功率P:

  P=KPa/ηt

  ηt——传动效率(见表1)

  K——原动机功率裕量系数(见表2)

  计算出原动机的配用功率具体数值后,在选配原动机时要上靠原动机的实有功率档。

  根据爆炸区域、防爆等级、电源和供气情况等选择合适的原动机。

  ■ 轴封形式的确定

  轴封是泵防止泵轴与壳体处泄漏而设置的密封装置。常用轴封形式有填料密封、机械密封和动力密封。

  填料密封:结构简单、价格便宜、维修方便、但泄漏量大、功耗大。所以填料密封用于输送一般介质,如水;一般不用于石油及化工介质,尤其是不能用在贵重、易爆和有毒介质中。

  机械密封:也叫端面密封,密封效果好,泄漏量小,寿命长,但价格贵,加工安装维修保养比一般密封要求高。机械密封适用于输送石油和化工介质,可用于各种不同粘度、强腐蚀和含有颗粒介质。

  动力密封:可分为背叶片密封和副叶轮密封。泵工作时靠背叶片或副叶轮的离心力作用使轴密封处的介质压力下降到常压或负压状态,使泵在使用过程中不泄漏。停泵时离心力消失,这时要靠停泵密封装置起到密封作用。

  与背叶片或副叶轮配套的停泵密封装置中较多采用填料密封。填料密封有普通式与机械松紧式两种。普通式填料密封与一般填料密封泵相似,要求轴封处保持微正压,以避免填料的干摩擦。机械松紧式填料停泵密封采用配重,使泵在运行时填料松开,停泵时填料压紧。

  为保证停泵密封装置的寿命,减少泵的泄漏量,对采用动力密封的泵,对泵进口压力应有限制,即:

  Ps<0.1Pd

  式中:Ps——泵进口压力,MPa;

  Pd——进口压力,MPa。

  动力密封性能可靠,价格便宜,维修方便,适合于输送含有固体颗粒较多的介质,如烧碱工业中的碱泵、磷酸工业中的矿浆泵与料浆泵、电厂中的脱硫泵等。缺点是功耗较机械密封大,且停泵密封装置的寿命较短。

  ■ 联轴器及其应用

  联轴器是为传递功率,补偿泵轴与原动机轴的不同心,缓和冲击,改变轴系的自振频率和避免发生危害性振动等。

  联轴器形式常有:爪形弹性联轴器、弹性柱销联轴器、膜片联轴器。

  爪形弹性联轴器:又叫弹性块联轴器,特点是体积小,重量轻,结构简单,安装方便,价格低,常用于小功率及不太重要场合。

  弹性柱销联轴器:特点是结构简单,安装方便,容易更换,尺寸小,重量轻,传递功率大,广泛用于各种旋转泵中。在化工泵中也可以采用加长型弹性柱销联轴器。

  膜片联轴器:结构简单,不需要润滑和维护,抗高温,抗不对中性能好,传递功率大,但价格高。

  泵选型正反例

  泵最恰当合理的选型是应该尽量作到的事情,但在工业用泵装置中也还有选型很不合理的实例,泵选型技术人员要不断从中学习,尤其从反例中学习。

  ● 正例1:

  某化工装置需要选用输送Q=400m3/h、H=40m的含有弱碱性介质的化工泵,介质比重约为1。

  根据泵参数与介质特性初步可以选用CZ与IJ泵,CZ泵性能参数范围较IJ泵宽广、通用性更好,所以在CZ泵型谱中选泵,选到CZ150-400与CZ200-400两泵,两泵效率都是78%,前者在偏向大流量点运行,后者在偏向小流量点运行,前者口径小些,重量轻,价格低一些,综合比较选用CZ150-400泵最为适宜,选用机械密封,过流部件材质选用304L。

  ● 正例2:

  某大型油田需要选用输送Q=500400m3/h、H=170m的输送原油泵,介质比重约为1,对泵气蚀余量要求在5米。

  根据泵参数与介质特性初步选型为KSY450-210A双吸中开管线输油泵或DG450-60x3多级离心泵,两泵效率都是78%,气蚀余量前者是5.1米,后者是4.9m;前者是转速2950r/min、双吸中开、体积小、便于检修、可以对叶轮进口适当车大以降低气蚀余量;后者转速1450r/min,是多级结构,体积大些,不便于检修;综合评价优先选用KSY450-210A泵。

  ● 反例1:

  宜宾丝丽雅水暖部使用的一台由上海连成泵业公司生产的SOW350-400双吸中开泵, 该泵原扬程75m,电机355kW,使用时发现扬程太高了,后来切割叶轮降低扬程到42.5m,流量2235m3/h,电机不变,运行电流接近额定电流,常常跳闸,电耗太大,长期运行很不节能。

  原因分析:原泵选型时,确定扬程太高,选泵扬程太高,使用时对叶轮直径切割量太大导致叶轮与泵壳严重不相匹配造成泵运行效率太低。

  ● 反例2:

  某大型电厂脱硫泵选用立式铸焊结构自吸泵,考虑了场地安装原因与泵能自吸的优点,但立式自吸泵效率多在50%以内,泵长期运行电耗非常大。其动力密封有时也不可靠,泵过流件多(全部都与介质接触),泵厂在材料选取上会降低标准,泵配件数量多(全部零件都是且配件不容易保证加工质量与装配精度),泵总价也高,维修不方便。替代方案是选用卧式脱硫泵,只有泵体、泵盖、叶轮是过流件,托架是HT200材质,泵价格较低,泵高效节能,检修方便,配件容易提供且具有很好的互换性。附带说明的是,该立式铸焊结构自吸泵原来有一个很好听的名字叫“无密封自控自吸泵”,其实是功耗很大的副叶轮在密封,该型泵用在间断运行的排污场所还是可以的。

  ● 反例3:

  某大型化工厂选用一种TLB125-100-315负压密封泵来输送化工耐腐蚀介质,该泵是借鉴砂泵与泥浆泵结构利用IH125-100-315泵水力设计的泵,轴封处是负压,泵厂就称是无泄漏泵,但实际情况并非如此,泵叶轮悬臂比加大了,转子刚性不足,还出现过断轴现象。