离心泵工艺设计中容易被忽略的细节

刘晓莉

摘要：离心泵系统设计需要考虑很多细节。本文从防爆，汽蚀和振动，温度，水锤和安全几个方面进行分析，阐述了设计时应该考虑到的问题，包括对电气的要求，最小回流线设计，液位计的设置，伴热，冷却，暖泵，水锤计算，安全阀设置等具体细节。

关键词：离心泵，防爆要求，汽蚀和振动，最小流量回流线，泵的伴热，暖泵，水锤，安全阀

1防爆

既然是离心泵，就会有电机和电缆，这些电气设备不止要考虑泵所处的外部环境的防爆要求，还要考虑泵内物料的防爆要求。

1.1防爆等级

防爆等级包含三个内容，爆炸性气体环境危险区域的划分，爆炸性气体混合物的分级、分温度组别。

1.1.1爆炸性气体环境应根据爆炸气体混合物出现的频繁程度和持续时间，按0区，1区，2区进行分区。

危险区域划分是由电气专业决定，但工艺专业在泵的选型中也应该有所考虑。防爆区域不仅影响电机的型号，有时还会影响泵的选型。

1.1.2爆炸性气体混合物的分级、温度组别

爆炸性气体混合物，应按其最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流（MICR）分级，分别为IIA，IIB，IIC级。温度组别，即爆炸性气体混合物引燃温度组别，按引燃温度由高到低分别为T1，T2，T3，T4，T5，T6。分级和温度组别一般是由电气专业确定，但需要工艺专业向电气专业提供物料和周围环境的工艺参数条件。[1]

1.2静电接地

对爆炸、火灾危险场所可能产生静电危害的物体，应采取工业静电接地措施。一般泵制造厂会在制造图中标明静电接地位置，以便在泵安装时预先留好静电接地的位置。值得注意的是，需向厂家确认泵体和电机都已设置了静电接地。

1.3对泄漏性的的要求

对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求氮气机封等可靠轴封或采用无泄漏泵，如屏蔽泵，磁力驱动泵、隔膜泵等。

2汽蚀和振动

如果想要避免泵的汽蚀和振动，就要注意考虑泵的气蚀余量，泵的最小流量，以及防止泵入口进入气体等问题。

2.1泵的汽蚀余量

为了避免离心泵工作时产生汽蚀，因此必须保证泵的装置汽蚀余量与泵厂家的实际汽蚀余量的差值大于安全裕量S。即

NPSHa-NPSHr>S对于一般离心泵，S=0.6～1.0m

在计算装置汽蚀裕量（NPSHa）时，泵入口管线的压降一定要准确计算，尤其是靠近临界点的物料以及高粘度物料的入口管线，一定要保证泵的汽蚀余量满足现场要求，必要时需扩大泵入口管管径或要求泵内设置诱导轮。

2.2最小流量与汽蚀和振动的关系

泵的最小流量有两种：最小连续稳定流量和最小连续热控流量。有时候，泵厂家在数据表中会分别列出两个值，有时候，泵厂家只取这两个值中的最大值列出。最小连续稳定流量指泵在不超过标准规定的噪声和振动限度下能够正常工作的最小流量。最小连续热控流量是指泵能够连续运行而不致被泵运液体的温升所损害的最小流量。

2.2.1最小连续稳定流量适用条件

对于常温物料，如果泵运行时低于最小连续稳定流量，在叶轮进口处会产生脱流、涡流以及返流，引起泵的振动和噪音，另一方面，低于最小连续稳定流量运行还会对轴和轴承产生径向力，导致轴偏转，因此造成机械密封泄露和泵轴损伤。

2.2.2最小连续热控流量适用条件

一般在高于90华氏度的温度下输送物料时，就要考虑温升和最小连续热控流量了。其原因是，如果泵运行时低于最小连续热控流量，则泵运转时电机产生的热量无法被物料带走，导致泵体温度升高到设计温度以上，并且有可能使物料温度升高到临界值，汽化后产生汽蚀。

综合以上，为了防止泵长期在低于最小流量的状态下运行，则需要设置最小回流线。对于最小流量选取，当流体远低于饱和状态时，一般选取最小连续稳定流量为较大值，当流体接近饱和状态时，一般选取最小连续热控流量为较大值。有时候为了方便起见，泵的最小流量，也可近似估计为额定流量的30%.

2.3防止气体进入泵入口

对于接近泡点状态的液体，一般计算气蚀余量时会多留一点余量，以免产生气蚀，但也应同时注意在计算时充分估计入口管压降，必要时采取减少入口管长度或增加管径的方法。对于输送常温下饱和蒸气压高于大气压的液体，在操作条件下容易部分汽化产生气相。为防止气相进入泵内引起气蚀，应加平衡线，从泵入口管线上引气相平衡线返回上游设备顶部。

液位过低时，也会有容器中的气体进入泵入口管道，为防止气相进入泵的叶轮产生汽蚀，应在泵入口管线或上游设备合适位置增加液位计，并在低液位联锁停泵。

2.4泵的管嘴受力过大引起的振动

泵的进出口管嘴的受力情况应进行核算，确保受力小于厂家提供的最大受力要求，以免泵管嘴荷载过大，引起泵管嘴变形而导致泵的振动。

3.温度

很多时候，离心泵输送温度很高的或者對温度变化非常敏感的物料，这时候就需要考虑一些细节：

3.1伴热

对于输送热流体的泵，以及输送容易结晶，容易凝固的流体的泵，均需要考虑泵的伴热。

泵的蒸汽及热水伴热线进出口必须有切断阀和旁路线，以便泵检修时能将伴热线切出来的同时，又不影响管线伴热。

伴热要求在泵的采购过程中需要和厂家充分交流，以保证泵的选型和制造能够满足物料的温度要求。

3.2冷却

对于容易随温度的升高而汽化的的物料，需要考虑泵的冷却。冷却介质一般是循环水。有时候不止泵的轴承，泵的电机也需要水冷。循环水的流量由泵的厂家提出，设计人员设计管道时需保证循环水流量满足泵的要求。

3.3暖泵

当物料温度高于200摄氏度时，应该在出口止回阀前到切断阀后设置DN20～DN25的旁路管线做为暖泵线，旁路线阀门小开度，或者加限流孔板，使流量为正常流量的3%～5%，让泵处于热备状态，以避免突然冷热交替对泵管嘴造成大的应力。[1]

3.4防凝

对于两台泵一开一备的，需在两泵的进出口都设置旁路线，当一个泵被切出时，将该泵的旁路阀打开，这样就能保证被切出的泵进出口管线仍有循环，不会凝结。

泵停用时，必须将泵内物料倒空，因此在泵的进出口最低点设置导淋，保证泵停用時所有物料能被完全倒空，并且在物料凝固时方便进行蒸汽吹扫。[1]

3.5温度监控

一些温度要求高的泵进出口管线，需要增设温度监控。有时泵本体由于故障也会温度突然升高，这不仅会对泵造成损伤，还会引起物料汽化及其它风险。为防止泵异常温升，除了对泵润滑油的温度进行监控以外，对于中型泵和大型泵，还要对泵的轴温进行检测和必要的联锁措施。而对于中型和大型的高温泵，还需对泵的壳体进行温度监控。[2]

4.水锤

对泵系统来说，导致水锤的原因有两种，一种是由于泵的正常或事故启动和停止，一种是由于开关阀瞬间关闭。

对于泵的启动和停止所引起的水锤，可以在泵出口管线上设置止回阀来消除。对于开关阀瞬间关闭造成的水锤，则需要核算开关阀所需最短关闭时间，保证关闭时间不能小于最短关闭时间。计算公式如下所示：

T>2L/VS

式中：

T——阀门的有效关闭时间，单位为秒（s）;

L——管系的长度，单位为米（m）

VS——管道中流体的声速，单位为米每秒（m/s）

5.安全阀

在非正常吸入工况下，离心泵的压力可能超过泵体能承受的最高压力，或者高于下游配管最大允许工作压力的133%时，要设安全阀。

当泵上下游的管道可能被切断阀在两端切断，且两阀之间的管道直径大于或等于200mm，长度超过30m，时，要设液体膨胀泄压用安全阀。

综上所述，经过对防爆，最小回流，温度，水锤和安全阀等各方面的综合考虑，设计出的离心泵工艺系统才会更完善，运行也更可靠。

参考文献

[1]中国石化集团上海工程有限公司，化工工艺设计手册上册，第四版北京：化学工业出版社，2012，8.P225，924

[2]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会，工业泵选用手册.[CIP].北京：化学工业出版社，2010，9.P119