炼油装置中泵的管道及支架设计

于　燕　中国石油工程建设公司华东设计分公司　青岛　266071郭　帅　中国石化青岛安全工程研究院　青岛　266071



炼油装置中泵的管道及支架设计

于燕*中国石油工程建设公司华东设计分公司青岛266071
郭帅中国石化青岛安全工程研究院青岛266071

摘要介绍炼油装置中泵的出入口管道设计要点以及管道应力和支吊架的设计。

关键词泵管道设计管道应力支吊架设计

*于燕：工程师。2010年毕业于青岛科技大学获硕士学位。从事炼油化工装置管道设计工作。联系电话：(0532)80950871，

E-mail：yuyan@cnpccei.cn。

在炼油装置中，原料、中间产品、最终产品以及各种溶剂等液体物料的输送都需依靠泵来完成，相较于化工、医药、食品等行业的生产装置，其管道输送的介质多属于高温、高压、可燃、易爆、有毒物质且管道所处环境较为恶劣，所以炼油装置中泵的配管与其他装置有所不同，对泵的应力及柔性要求更高。笔者参考相关设计标准规范并结合工作经验，对泵的管道、应力及支架设计进行简要总结。

1泵管道设计

1.1　入口管道设计

泵的入口管道应符合《石油化工金属管道布置设计规范》SH 3012-2011的规定，尽可能缩短管道长度，减少弯头，从设备到泵的入口管嘴管道标高应做到步步低，中间不应出现“∪”形和“∩”形。根据经验，为提高泵的吸入性能，减少管道阻力损失，从设备出口到泵入口管嘴之间的弯头个数不宜多于7个。

端部和侧面吸入的泵(冷水泵)，入口处应有至少3倍管径的直管段，防止液体进入泵后产生偏流、漩涡流、气阻，造成振动和噪声影响泵的扬程和功率。双吸入泵应有7倍以上管径的直管段，以使泵轴两侧推力相等，叶轮平衡。如泵的制造厂家有要求，自身的泵能够消除这些影响，也可按照厂商的具体要求设计。

当泵与设备连接的管道较短，两者又不是同一基础时，连接管道应有一定的柔性，以补偿基础的不均匀沉降。

泵入口必须设置切断阀，一般选用闸阀。当入口管道尺寸比泵嘴大一级时，切断阀与管道尺寸相同；当管道尺寸比泵嘴大二级以上时，切断阀尺寸可比管道尺寸小一级。阀门的大小需经应力计算和工艺专业管系阻力损失计算后最终确定。此外，切断阀应尽量靠近泵入口管嘴布置，以便最大限度减少阀和泵嘴之间的滞留量。

施工过程中，管内不可避免地会残留些焊渣等杂物，因此在紧靠泵吸入管道切断阀的下游，应设置过滤器，并确保清扫时取出金属网所需空间。抽取金属网的方向及所需的空间随过滤器形式而异，应特别注意安装方向受流体流向限制的场合。过滤器的形式有角式T型过滤器、直通式T型过滤器、Y型过滤器、临时过滤器及篮式过滤器。角式T型过滤器是泵配管中应用最广泛的一种过滤器，又分为正折流和反折流两种形式。此种过滤器必须安装在管道上90°拐弯的场合，且尽量使用正折流型。只有在管道安装空间和操作检修空间受限制时才使用反折流型过滤器。

端部和侧面吸入的水平管道的变径管，如工艺资料或工艺包专利商文件中有变径位置和进泵直管段的明确要求时，应按要求执行。如没有具体要求时，当选用T型正折流过滤器时，采用顶平偏心大小头，大小头安装在过滤器之后，低点排凝设在过滤器前的管段上；当选用T型反折流过滤器时，采用顶平偏心大小头，大小头安装在过滤器之后，低点排凝设在过滤器与大小头之间的管段上；当选用Y型过滤器时，采用顶平偏心大小头，大小头安装在过滤器之后，滤网抽出方位向下。顶部吸入和排出的垂直管道的变径，应根据管间距大小选用偏心或同心大小头。输送介质带有杂质的端部或侧面吸入的管道，当吸入速度低于其杂质沉降速度时，变径管应取“底平”，用放气阀来排出变径处积聚的气体。

从池内抽液体的泵，入口管道应有1/50~1/100的上坡度，同时应在吸入管底部设过滤网(通常由制造厂配带)，液下泵吸入管底距设备底不小于100mm(离心泵除外)。

1.2　出口管道设计

泵出口管道的设计，与入口管道设计相比，最重要的是阀门操作的便利性和管道的柔性，而非压力损失。出口管道通常设计见图1。

图1　出口阀安装示意

每台离心泵或旋涡泵出口管道上应设置止回阀，止回阀直径等于或大于切断阀直径，形式以旋启式或蝶式止回阀为好。泵出口应设切断阀，切断阀应采用闸阀或其他阻力小的阀门。多用途的泵切断阀在各分支管上；单用途的泵，应尽量装在靠近泵出口止回阀之后。泵出口切断阀大小如工艺有要求，按工艺要求执行。泵的进出口阀门宜错开并排布置，其手轮间净距不小于80mm，阀杆不得朝下安装，安装高度1.2~1.4m为宜。为满足泵进出口阀门的安装位置要求和拆卸需要，当上进上出的泵接管间距较小时，在泵的进出口管嘴处采用偏心大小头，以增加管间距，必要时可在出口管上采用 45°弯头，此时，两弯头焊缝之间距应不小于 80mm。

2泵管道应力

由于炼油装置中物料多为高温、高压、可燃、易爆、有毒等，因此泵进出口管道的布置应按照《石油化工管道柔性设计规范》 SH/T 3041考虑管道柔性设计要求。特别是泵的出口管线在高温高压条件下，必须经过应力分析，根据热应力的大小确定管线的走向。作用于泵管嘴处的受力，不得超过泵管嘴允许受力，否则将影响泵的可靠性。须根据制造厂提供的接口的允许推力和力矩进行核算。在制造厂没有提供允许受力数据的情况下，可按 API 610 有关规定进行泵管嘴受力核算。设计时，根据物料温度来决定管道的形式。塔底泵的几种布置形式见图2。如果两台泵中有一台是备用泵，计算热应力时，两台泵的管道都需计算。在泵的接口附近，管道要设支架。对于 Y 型泵，泵嘴子朝上，所以应在立管或立管弯头处设置吊架，使管道的应力和重量由支架承受，而不是泵体承受，这样在泵检修吊走时也不需另设管道临时支架。

图2　塔底泵的管道布置方案

3泵管道支吊架设计

为减少泵体受力的影响程度，应在靠近泵的管道上设置恰当的支、吊架，或设置必要的弹簧支、吊架。泵周围设置支架的几种形式见图3。泵出口向上时，可在泵基础以外的位置由下向上设置支架，见图4。也可在泵口正上方的拐弯处由上向下设吊架，见图5。

图3　管道支架形式举例

图4　由下支撑形式

成排布置的泵，可在进出口管道上方设一承受管道质量的钢梁，一般不得将其支吊在其他管道上。有振动的管道，应设减振支架；在泵的进出口管道处宜设可调支架，减少由于安装误差产生的对泵口的附加力。有垂直热(冷)位移的管道，应选用弹簧支吊架，以减少对泵口的作用力。

图5　从上向下吊形式

为使管道按某一特定方向变位或限制某一方向上的位移，以减少垂直于泵轴线方向作用力，应设导向支架或限位支架。对大型泵的高温进出口管道，为减轻泵口的受力而设置的支架，应尽量使约束点和泵口之间的相对热伸缩量最小，见图6。泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上设置可调可拆支架，见图7。

4结语

泵在炼油装置中占有重要地位，因此泵的管道设计至关重要。在具体设计过程中应结合实际情况，加以综合考虑，在满足工艺流程要求的情况下，充分考虑管道应力，力求做出经济、安全、美观的管道设计。

图6　高温管道支架安装示意图

图7　水平吸入管道支架设置

参考文献

1张德姜，王怀义，刘绍叶．石油化工装置工艺管道安装设计手册[M]．北京: 中国石化出版社，2009．

2SH 3012-2011,石油化工金属管道布置设计规范[S].

3于秀美. 泵的布置和管道设计要求 [J].内蒙古石油化工，2009,23:42-44.

(收稿日期2015-09-15)