泵的计算与选型导则

1泵的计算与选型导则T-PE002502C-20031总则1.1目的为使SEI工艺系统设计人员合理、准确、可靠地进行泵系统有关计算和选型的设计，特编制本导则。1.2范围本导则适用于石油化工装置工艺系统设计中有关离心泵和往复泵系统计算和选型设计。1.3引用文件下列文件中的条款通过本导则的引用而成为本导则的条款，其最新版本适用于本导则。HG/T20570.4《泵和压缩机压差分析》HG/T20570.5《泵的系统特性计算和设备相对安装高度的确定》GB/T7021《离心泵名词术语》GB/T7785《往复泵分类和名词术语》GB/T13006《离心泵、混流泵和轴流泵气蚀余量》2术语2.1扬程pumphead泵产生的总水头。其值等于泵出口总水头和入口总水头的代数差。符号：H，单位：m。1）水头head单位重量的流体具有的能量。以液柱高度表示的值。单位：m。2）总水头otalhead液体具有的压力水头、位置水头和速度水头之和。单位：m。3）出口总水头（排出扬程）totaldischargehead换算到基准面上的泵出口截面总水头。单位：m。4）入口总水头（吸入扬程）totalsuctionhead换算到基准面上的泵入口截面总水头。单位：m。2.2规定扬程specifiedpumphead对应于合同单上规定流量的扬程。2.3静扬程（总静压头）totalstatichead泵装置上吐出液面和吸入液面之间总水头之差。等于几何高度加上吐出液面和吸入液面之间压力水头之差。单位：m。2.4理论扬程theoreticalpumphead泵给予单位重量液体的能量，通常指未考虑泵内损失时的理论值。单位：m。22.5排出压力dischargepressure泵出口截面的静压。单位：MPa（kgf/cm2）。2.6吸入压力suctionpressure泵入口截面的静压。单位：MPa（kgf/cm2）。2.7泵的流量pumpcapacity单位时间内，从泵出口排到管路去的流体体积，包括液体，及液体中夹带的气体，在特殊情况下还包括液体中夹带的固体颗粒。单位：（m3/s），（m3/h），（L/s）。2.8泵的额定流量ratedpumpcapacity在额定条件下，设计规定该泵在正常运行时应从泵出口节流阀后排出来的流量公称量。（m3/s），（m3/h），（L/s）。2.9气蚀余量netpositivesuction（NPSH）泵的入口总压头加上相应的大气压力的水头减去相应于汽化压力的水头。单位：m。2.10必需气蚀余量requirednetpositivesuction（NPSHr）对于给定的泵，在给定转速和流量下具有的气蚀余量。通常由泵制造厂规定。单位：m。2.11有效气蚀余量availablenetpositivesuction（NPSHa）由泵安装条件所确定的气蚀余量。通常由泵制造厂规定。单位：m。2.12允许吸上真空高度allowablesuctionvacuum对于不同类型的泵和不同的使用条件，考虑一定安全裕量的吸上真空高度。单位：m。2.13泵轴功率（输入功率）pumpshaftpower泵轴所接受的功率。单位：kW。2.14泵输出功率（有效功率）pumpeffectivepower泵传递给输出液体的功率。单位：kW。2.15泵效率（η）pumpefficiency泵输出功率与泵轴功率之比。2.16泵转速pumpefficiency泵轴旋转的速度，即单位时间内泵轴的旋转数。2.17泵基准面referenceplane计算排出、吸入水头时确定位置水头基准的水平面。是通过叶轮叶片进口边的外侧所描绘的圆的中心的水平面。对于多数泵以第一级叶轮为基准；对于立式双吸泵以上部叶片为基准。2.18几何高度geometricheight吸入液面和吐出液面之间的高度差。单位：m。2.19灌注头灌注头也称倒灌高度，是用来表示一台泵的安装位置低于泵的自由空气表面的液位关系的一个用语，不能与气蚀余量混淆。2.20比转速（比速）specificspeed判断动力式泵水力特征的相似准数。用下式定义：3式中：ns——比转数；n——泵的转数，r/min；Q——泵的流量（双吸泵取1/2的流量），m3/s；H——泵的扬程（多吸泵取单级扬程），m。比转速一般按是高效率点计算。对于相似泵，不管尺寸大小、转速高低，比转速均是一定的，因此，它也是泵分类的一种准则。2.21泵的安装高度是指泵轴中心线与泵吸入液面的垂直距离，在工程实际计算时是指泵的基础顶面与泵吸入液面的垂直距离。3泵的分类和泵的管路系统3.1泵的分类3.1.1泵作用于液体的原理分类一般按泵作用于液体的原理分为动力式（叶片式）和容积式两大类，此外有喷射泵、电磁泵等。1）动力式（叶片式）泵是由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液体吸入或压出。2）容积式泵容积式泵是由泵内的活塞或转子在往复或旋转运动产生挤压力作用将液体吸入或压出。3）喷射泵它是由工作介质为动力，它在泵内将位能传递给被抽送的介质，从而达到增压和输送的目的。由于它无运转部件，结构简单，操作方便，广泛用于真空系统抽气。石化装置常用泵的类型见表3.1.1。表3.1.1石化装置常用泵的类型动力式泵离心泵蜗壳泵、分段式泵、中开式泵、透平式泵（按壳体型式分类）单吸泵、双吸泵（按泵叶轮吸入口分类）单级泵、多级泵（按叶轮级数分类）悬臂泵、两端支承泵（按支承方式分类）立式泵、卧式泵（按泵轴位置分类）屏蔽泵、磁力传动泵、高速泵等（按特殊结构分类）闭式泵、开式泵、半开式泵（按叶轮形式分类）旋涡泵闭式泵、开式泵（按叶轮型式分类）单级泵、多级泵（按叶轮级数分类）自吸式泵、非自吸式泵类混流泵轴流泵4容积式泵往复泵计量泵隔膜泵、柱塞泵、活塞泵（按工作机构分类）单作用泵、双作用泵、差动泵（按作用特点分类）低速泵、中速泵、高速泵和超高速泵（按活塞或柱塞每分钟往复次数分类）单缸泵、双缸泵和多缸泵（按缸数分类）转子泵齿轮泵螺杆泵（单、双、三、五螺杆泵）旋转活塞泵滑片泵真空泵罗茨泵挠性叶轮泵3.1.2按泵的用途分类按泵的用途可分为进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、补给泵、冲洗泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等。每种泵的特点和选用要求见表3.1.2。表3.1.2泵的特点和选用要求泵名称特点选用要求进料泵（包括原料泵和中间给料泵）1）流量稳定2）一般扬程较高3）有些原料粘度较大或含固体颗粒4）泵入口温度一般为常温，但某些中间给料泵的入口温度也可大于100℃5）工作时不能停车1）一般选用离心泵2）扬程很高时，可考虑用容积式泵或高速泵3）泵的备用率为50～100%回流泵（包括塔顶、中段及塔底回流泵）1）流量变动范围大，扬程较低2）泵入口温度不高，一般为30～60℃3）工作可靠性要求高1）一般选用单级离心泵2）泵的备用率为50～100%塔底泵1）流量变动范围大2）流量较大3）泵入口温度较高，一般大于100℃4）液体一般处于饱和状态，NPSHa小5）工作可靠性要求高6）工作条件苛刻，一般有污垢沉淀1）一般选单级离心泵，流量大时，可选用双吸泵2）选用低汽蚀余量泵，并采用必要的灌注头3）泵的备用率为50～100%循环泵1）流量稳定，扬程较低2）介质种类繁多1）选用单级离心泵2）按介质选用泵的型号和材料3）泵的备用率为50～100%5产品泵1）流量较小2）扬程较低3）泵入口温度低（塔顶产品一般为常温，中间抽出和塔底产品温度稍高）4）某些产品泵间断操作1）宜选用单级离心泵2）对纯度高或贵重产品，要求密封可靠，泵的备用率为100%；对一般产品，备用率为50～100%。对间断操作的产品泵，一般不设备用泵注入泵1）流量很小，计量要求严格2）常温下工作3）排压较高4）注入介质为化学药品，往往有腐蚀性颗粒1）选用柱塞泵或隔膜计量泵2）对有腐蚀性介质，泵的过流元件通常采用耐腐蚀材料排污泵1）流量较小，扬程较低2）污水中往往有腐蚀性介质和磨蚀性颗粒3）连续输送时要求控制流量1）选用污水泵、渣浆泵2）泵备用率为100%3）常需采用耐腐蚀材料燃料油泵1）流量较小，泵出口压力稳定（一般为1.0～1.2MPa）2）粘度较高3）泵入口温度一般不高1）一般可选用转子泵或离心泵2）由于粘度较高，一般需加温输送3）泵的备用率为100%润滑油泵和封液泵1）润滑油压力一般为0.1～0.2MPa2）机械密封液压力一般比密封腔压力高0.05～0.15MPa1）一般均随主机配套供应2）一般均为螺杆泵和齿轮泵，但离心压缩机的集中供油往往使用离心泵3.2泵的管路系统3.2.1泵的管路系统基本类型1）泵的管路系统基本类型：泵的吸入管路和排出管路。2）在流量不变的情况下，泵的吸入管路和排出管路有管径不变；异径管；分支管三种情况。3）任一台泵的管路系统是吸入管路和排出管路各种情况的任一组合。3.2.2泵的吸入管路系统1）泵的吸入管路分为吸入和灌注两种方式。2）泵的吸入管路主要的附件有：换热器、过滤器、阀门、管件、缓冲罐（对往复泵）等。3.2.3泵的排出管路系统1）泵的排出管路分为吸入和灌注两种方式。2）泵的排出管路上主要的附件有：换热器、炉子、分离器、阀门、控制阀、流量计、限流孔板、喷头、管件、缓冲罐（对往复泵）等。3.2.4泵的管路系统的压力降1）泵的管路系统的压力降组成6a）管道及管件压力降b）设备进出口压力降c）控制阀压力降d）设备压力降e）流量计压力降f）限流孔板压力降等2）泵的管路系统的压力降控制a）泵的吸入管路和排出管路的单位管长压力降一般由计算而定，有的系统工程由于经济原因及操作要求，可作限定。b）泵的吸入管路压力降一般控制在20mm液柱/（m管）内，当输送液体高于70℃或处于平衡状态时，应控制在6mm液柱/（m管）内。c）泵的排出管路压力降随流量不同而控制范围不同，见下表：表3.2.4泵的排出管路压力降控制范围表流量m3/h单位管长压力降kPa/m＜340.35～1.3834～1100.23～0.92＞1100.12～0.46d）泵的管路压力降控制范围，在实际使用过程中应注意到流体性质、操作工况、安装位置及泵的类型不同，并根据安全和经济的原则来确定泵的吸入管和排出管的流速及允许压力降。4泵的系统特性计算4.1泵的气蚀余量的说明4.1.1泵的气蚀余量（NPSH）泵的气蚀余量（NPSH）国标上定义为泵的入口总压头加上相应的大气压力的水头减去相应于汽化压力的水头。换句话说是泵的入口处（压力最低点）单位质量液体所具有的能量（静压能和动能）与输送液体的工作温度下的饱和蒸汽压之差。它分为必需气蚀余量（NPSHr）和有效气蚀余量（NPSHa）。4.1.2泵的必需气蚀余量（NPSHr）对于给定的泵，为了保证泵正常运转而且不发生气蚀，泵的净吸入压头必须大于指定的最小值，这就是泵的必需气蚀余量（NPSHr），它与泵的类型和结构有关，并随泵的转速和流量变化，它通常由泵制造厂测定提供。由于泵制造厂测定条件是按输送20℃时的清水，因此泵输送其它物料时，必须进行换算或校正。4.1.3泵的有效气蚀余量（NPSHa）泵的有效气蚀余量是由泵安装条件（设备、管线、管件等）所确定的气蚀余量。通常根据泵的实际配管决定。4.1.4泵的必需气蚀余量与有效气蚀余量关系为了保证泵正常运转而且不发生气蚀，泵的有7效气蚀余量（NPSHa）必须大于泵的必需气蚀余量（NPSHr）。一般情况下泵的有效气蚀余量（NPSHa）必须大于泵的必需气蚀余量（NPSHr）0.3米：（NPSHa）＞0.3m+（NPSHr）；若输送的介质的温接近于该液体的沸点，则应该满足下列条件：（NPSHa）≥1.3（NPSHr）。4.2泵的气蚀余量计算4.2.1必需气蚀余量NPSHr的计算和校正1）NPSHr的计算a）估算式应尽量采用泵制造厂给出的NPSHr，若无泵制造厂给出的NPSHr时，可按下式进行估算：式中：NPSHr——泵必需的气蚀余量，（m液柱）；n——泵的转速，（r/min）；Vd——泵的设计流量，（m3/min）；S——泵吸入比转速，(（m3/min）·（m）·（r）)。a）简化式一般离心泵，不管比转速多大