泵类设备的管道设计及常见问题分析李铁军

第43卷第8期当代化工Vol.43，No.82014年8月ContemporaryChemicalIndustryAugust，2014收稿日期：2014-06-16作者简介：李铁军（1979-），男，河北沧州人，工程师，2004年毕业于抚顺石油学院过程装备与控制工程专业，研究方向：从事石油化工管道设计工作。E-mail：[e-mail]。泵类设备的管道设计及常见问题分析李铁军（中国寰球工程公司，北京100012）摘要：对泵的布置及泵类设备管道设计的一些技术要求进行了阐述，并对某石油化工装置中泵类设备的管道设计和安装过程中出现的一些常见问题进行了分析和论述，给出了相应的解决方案及预防措施，为避免泵类设备配管错误的重复发生提供了借鉴。关键词：泵；管道；常见问题中图分类号：TQ055.8文献标识码：A文章编号：1671-0460（2014）08-1532-04PipingDesignofPumpsandAnalysisofCommonProblemsLITie-jun（ChinaHuanqiuContracting&EngineeringCorp.,Beijing100012，China）Abstract:Thegeneralrequirementsforlayoutandpipingdesignofpumpswereintroducedfirstly.Andthenbyanalyzingrelevantreasonsofsomeproblemsthatoccurredfrequentlyduringthepipingconstructionofpumps,appropriateprecautionswereputforward,whichcouldprovideareferenceforpreventingtheoccurrenceofsimilaraccidents.Keywords:Pump;Piping;Commonproblems泵是石化装置应用最普遍的设备，它是把原动机的机械能转换成液体能量的机器。石化装置中的原料、半成品、最终产品等液体介质,都是通过泵来进行输送或加压，因此泵在石化装置中占有重要地位。由于泵的类型较多,泵的管道设计和泵的布置方式也不尽相同。本文对泵的布置和管道设计的一些要求进行阐述，并结合某石油化工装置建设过程中出现的与泵类设备配管安装有关的一些常见问题，对管道的设计进行了浅析和探讨。1泵的布置石化装置中的泵，多数是室外布置，一般会将其集中布置在管廊下方或侧面。可将泵布置为单排、双排或多排，这样布置的优点是通风良好，操作和维修方便。在寒冷或多风沙地区，泵可布置在室内，室内布置的泵应注意通风、采光、防火、防爆等措施。对于泵的布置，首先应操作、维修方便，其次要美观整齐。（1）对于成排布置的泵，应根据工艺条件、介质特性、防火要求进行分组布置；泵的出口中心线或泵基础边应对齐。对于两排对称布置的泵，宜将泵的驱动端相对，其中间应留出检维修通道。（2）对于布置在管廊下方或管廊外侧的泵，泵界区内通道的净宽不小于2m，净高不小于3.2m，泵端前面的操作通道宽度至少为1m；泵和驱动机的中心线宜与管廊走向垂直。两台泵之间的净距至少为0.8m。对于布置在室内的泵，两排泵之间的净距至少为2m。泵端或泵侧与墙之间的净距应满足操作和检维修的要求，且不宜小于1m［1,2］。（3）对于布置在管廊下方的立式泵，其上方必须留出泵体安装和检维修的空间。（4）蒸汽往复泵的动力端和泵侧应有抽出活塞和拉杆的空间。（5）泵的基础面应高出地面0.1m，在泵入口前安装过滤器时，泵的基础高度上方必须留出过滤器的抽芯空间。（6）泵的布置还应满足管道的柔性连接设计要求，装卸泵还应满足装卸要求，公用备用泵宜布置在相应泵的中间位置［3］。2泵的管道设计若想做好泵的配管设计，首先要充分理解管道和仪表流程图中所示的管道流程，熟悉泵的选用。除了要满足工艺要求外，还应考虑泵在正常运行、检维修等情况下的操作要求。因此在进行泵的管道布置时，要注意在泵体的正上方和正前面不应安装第43卷第8期李铁军：泵类设备的管道设计及常见问题分析1533管道，以免泵在检修时没有充足的拆卸和维修空间。2.1泵的入口管道为防止泵出现汽蚀、管道振动、泵的性能降低等问题，泵入口管线的正确设计至关重要。（1）离心泵的入口标高与贮罐或塔类设备的标高关系应满足汽蚀余量的要求。首先要根据工艺要求计算出泵入口管道的压力降并使总的配管走向满足此要求。对于水平吸入的离心泵，其入口变径管应采用偏心异径管，当管道向上弯曲进泵时，异径管应为顶平安装；当管道向下弯曲进泵时，异径管也宜为顶平安装，并需要在最低点处设置排净口；对于输送含有固体介质或浆液时，水平管段上偏心异径管应底平安装。（2）若在泵入口管道上安装过滤器，其周围必须预留出过滤器的抽芯空间。若在泵入口管道上安装临时过滤器时，入口管道上应设置一段带有法兰连接口的短管，其长度至少应为临时过滤器的长度加上0.1m［4］，并应备一个与临时过滤器同厚的垫环。（3）若离心泵的吸入口处如有水平布置的弯头时，为防止偏流、漩涡流而使泵性能降低，单吸泵入口和弯头之间设一段长度大于3倍管径的直管段，双吸泵入口和弯头之间设一段长度应至少为5～10倍管径的直管段；当直管段不够长时，需改变配管，若改变配管不方便时，也可在短管内安装导流板或整流管。若吸入口的弯头是垂直安装时，泵吸入端的直管段可以忽略［5,6］。（4）往复泵当汽蚀余量不能满足要求时，可在入口管道上设置缓冲罐。2.2泵的出口管道泵的出口管道相对于入口管道而言，其压力损失不是最重要的，但是管道的压降和热应力仍需认真考虑。为使流速增大，不易产生气阻，一般使泵出口管径比吸入管径小1～2级。泵出口管道上的异径管应靠近泵的出口。（1）泵出口应设置切断阀。为防止介质倒流，在离心泵出口与切断阀之间应设止回阀，其管径与切断阀一致。当出口管路特长或管径较大时，为防止水锤破坏，还需有阀门缓闭装置。容积泵通常不设止回阀，但出口处需要设安全阀。（2）当泵的出口管道为立式管道时，应在止回阀的出口侧管道上安装放净阀。对于并列布置的泵，其进、出口阀门应采用相同的安装高度，当进出口阀门安装在立管上时，其安装高度一般为1.2～1.3m，手轮的安装方位应方便操作。（3）在每台泵的出口与第一个切断阀之间的直管道上需安装压力表，其位置要易于观察。（4）对于往复泵，为防止液压脉动使系统操作不稳定，应设缓冲罐。2.3泵的管道支架的设置离心泵的管嘴受力太大，将影响泵的可靠运行。为了避免阀门的重量、进出口管道的重量以及管道热应力所产生的力和力矩超过泵进出口所允许的最大管口载荷，应在靠近泵的进出口管道上设置合适的吊架或支架。泵进出口管道上的管架布置应满足泵检修时支撑的要求。泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管道上设置可调可拆支架。往复泵出口管道的跨距应减小，并增加管架的刚度。若离心泵的介质温度较高或较低时，离心泵管道由于热胀冷缩会产生巨大的管道热应力，为了补偿管道的伸缩并消除管道热应力，可使管道和泵之间有一定的位移自由度，即在泵的进、出口管道中设置金属弹簧软管或伸缩接头。往复泵的进出口管道应考虑液体脉动的影响，为防止此脉动，应缩短管道支架之间的距离，尽量采用管卡型支架，不宜采用吊架。3常见管道问题举例3.1离心泵入口管液位高于取液口离心泵的入口管配置必须满足泵汽蚀余量的要求。一旦泵的入口压力低于液体的汽化压力，泵就会产生汽蚀。某撇油泵是用来将集油箱内的液体输送到其它设备内，其入口管线配置如图1（a）所示。此泵入口配管明显高于液体的最低液位，当集油箱内的液位低于泵的入口管线时，泵的入口压力就会形成负压，即泵入口压力就会明显小于液体的汽化压力，泵就会产生汽蚀。一般情况下，普通离心泵无自吸功能，其入口液体必须倒灌，即集油箱的最低液位核算到泵入口的压力至少要高于液体汽化压力。为了保证泵不汽蚀，入口压力还会增加一个余量，这就要求最低液位更高。由于泵底座二次灌浆已经完成，降低泵的标高已不可能，只有增高集液箱的高度。见图1（b）所示。(a)1534当代化工2012年4月(b)图1配管照片Fig.1PhotoofPipingArrangement3.2自吸泵入口管线变径问题(a)(b)图2自吸泵配管模型图Fig.2PipingDiagramofSelfPrimingPump某污水提升泵采用的是气液混合式自吸泵，它带有一个气液混输罐，首次启动前先向罐内和泵内注满水，以后再启动时就不用再灌水，即一次注满，永久使用。此泵入口管径为DN100，所配入口管线为DN200，中间连接为DN200×DN100的异径接头，如图2（a）所示。此泵启动20分钟后都不上水，经分析和核算得知，气液混输罐的容积是根据泵入口管道不变径时即泵的入口管线也为DN100时进行设计的，当泵的入口管径增大到DN200时，入口管线内空气量增大，气液混输罐不能完全形成真空，从而无法实现自吸功能。只能将入口管线拆除，改为DN100的管线，如图2（b）所示。改装完后重新启泵，则此泵在几秒内就正常出水。所以，对于自吸泵，入口管径如没有特殊用途，最好不要变径，否则会严重影响泵的自吸效果。3.3隔膜计量泵进、出口管线没有预留维修空间(a)(b)图3计量泵配管模型图Fig.3PipingDiagramofMeteringPump隔膜计量泵是由电机驱动蜗轮蜗杆并带动曲轴和连杆将旋转运动转换为柱塞的往复运动，柱塞的运动使液压油传递的力作用于隔膜上，隔膜的往复运动又促使泵腔容积发生变化，并通过进、出口单向阀的控制，使介质从泵头入口吸入，从出口排出。计量泵的这种往复运动使进、出口单向阀频繁运动，极易损坏，若输送介质中的颗粒或脏物进入单向阀，使其极易堵塞。计量泵的很多故障都是由于单向阀的堵塞或损坏引起的。因此，单向阀需要经常清理或更换，这就要求此阀必须有合理的拆卸空间。但由于配管人员可能不了解计量泵的功能和结构，配管时，计量泵的进、出口管线都是采用的焊接管线，如图3（a）所示。这就导致计量泵的进、出口单向第43卷第8期李铁军：泵类设备的管道设计及常见问题分析1535阀无法拆卸。最好是在泵的进、出口增加一段短节，两端都采用法兰连接，如图3（b）所示。这样单向阀如需拆卸时，可以先拆除短节，然后就可以顺利的拆卸单向阀。3.4泵入口过滤器抽芯空间不够(a)(b)图4泵入口过滤器模型图Fig.4PipingDiagramofPump’sInletStrainer在施工过程中，管道内不可避免的会残留些焊渣等杂物，因此在靠近吸入口切断阀的下游，一般设置过滤器，并应确保清扫时能取出金属网所需空间和方向，因过滤器形式各异，因此必须很好地了解过滤器的构造，再进行管道设计，特别注意介质流向的限制。例如，对于直通式T型过滤器，当安装在水平管道上时，应考虑足够的抽芯空间，如图4（a）所示。过滤器下向安装时由于离地面较近，抽芯空间不够，不方便抽芯。最好改成斜30°向下安装，如图4（b）所示，这样可以增大抽芯空间，便于抽芯。4结束语（1）泵的布置和配管设计是配管专业人员必须掌握的技术，若设计不合理，泵的性能就不能达到最佳，而且现场布置也不美观。（2）在从事石油化工装置泵设备的配管设计、施工过程中，会出现各种各样的失误和过错，要从这些失误、过错中总结经验，并分析产生问题的原因，给出解决方案和预防纠正措施，避免以后类似问题的重复出现。参考文献：［1］宋继江，赵金立．全国压力管道设计审批人员培训教材[M].北京：中国石化出版社，2011：174-175．［2］张学良，张子元．泵的布置及配管[J].天津科技，2013（2）：62-65．［3］SH3011-2011石油化工工艺装置布置设计规范[S].［4］邓军智．石油化工装置中泵的管道设计探讨[J].广东化工，2011，38（7）：172-173；189．［5］蔡尔辅.石油化工管道设计[M].北京：化学工业出版社，2004：231-232．［6］易志丹．泵吸入管路上直管段的设置分析[J].化工设备与管道，2009，