化工設(shè)計(jì)-6 泵

1、化工設(shè)計(jì) 任課教師：張宇 合理性合理性可靠性、先進(jìn)性可靠性、先進(jìn)性 安全性安全性經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 需滿足工藝要求，能夠需滿足工藝要求，能夠 最大限度保證工藝的合最大限度保證工藝的合 理和優(yōu)化并運(yùn)行可靠。理和優(yōu)化并運(yùn)行可靠。 要求安全可靠、操作穩(wěn)要求安全可靠、操作穩(wěn) 定、無事故隱患。定、無事故隱患。 在設(shè)備運(yùn)行可靠的基礎(chǔ)在設(shè)備運(yùn)行可靠的基礎(chǔ) 上考慮其先進(jìn)，便于連上考慮其先進(jìn)，便于連 續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)。續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)。 盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，節(jié)盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，節(jié) 約投資；選用設(shè)備易于約投資；選用設(shè)備易于 加工、維修、更新，減加工、維修、更新，減 少運(yùn)行成本。少運(yùn)行成本。 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與選型原則設(shè)備工藝

2、設(shè)計(jì)與選型原則 第五章第五章 流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計(jì)流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 單位質(zhì)量的液體通過泵獲得的有效能量，單位質(zhì)量的液體通過泵獲得的有效能量，單單 位為位為m。泵技術(shù)指標(biāo)中指的是清水揚(yáng)程。泵技術(shù)指標(biāo)中指的是清水揚(yáng)程。 揚(yáng)程揚(yáng)程 泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送液體的體積數(shù)，單位泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送液體的體積數(shù)，單位 為為m3/h或或kg/h。 流量流量 必需汽必需汽 蝕余量蝕余量 功率與功率與 效率效率 使泵在工作時(shí)不產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象所必須具有使泵在工作時(shí)不產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象所必須具有 的富余能量，單位為的富余能量，單位為m。 軸功率指原動(dòng)機(jī)傳給泵的功率。有效功率軸功率指原動(dòng)機(jī)傳給泵的功率。有效功率 指單位時(shí)間內(nèi)泵對(duì)

3、液體所做的功；效率指指單位時(shí)間內(nèi)泵對(duì)液體所做的功；效率指 泵的有效功率與軸功率之比。泵的有效功率與軸功率之比。 5.1 泵的仿真設(shè)計(jì)泵的仿真設(shè)計(jì) 1、使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕、使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕 流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。 2、必須滿足介質(zhì)特性的要求。、必須滿足介質(zhì)特性的要求。 a. 對(duì)輸送易燃、易爆有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無對(duì)輸送易燃、易爆有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無 泄漏泵。泄漏泵。 b. 對(duì)輸送腐蝕性介質(zhì)的泵，要求對(duì)流部件采用耐腐蝕性材料。對(duì)輸送腐蝕性介質(zhì)的泵，要

4、求對(duì)流部件采用耐腐蝕性材料。 c. 對(duì)輸送含固體顆粒介質(zhì)的泵，要求對(duì)流部件采用耐磨材料對(duì)輸送含固體顆粒介質(zhì)的泵，要求對(duì)流部件采用耐磨材料。 3、機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。、機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。 4、經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、維修費(fèi)和管理費(fèi)的最低。、經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、維修費(fèi)和管理費(fèi)的最低。 5、盡可能選用離心泵、盡可能選用離心泵，其具有轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、效率高、，其具有轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、效率高、 流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸液無脈動(dòng)、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸液無脈動(dòng)、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等 特點(diǎn)。特點(diǎn)。 泵的選型

5、原則泵的選型原則 1. 泵泵Pump 2. 壓縮機(jī)壓縮機(jī)Compr 3. 多級(jí)壓縮機(jī)多級(jí)壓縮機(jī)MCompr 4. 閥門閥門Valve 5. 管道管道Pipe 6. 管線管線Pipeline 在在ASPEN Plus中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器 (Pressure Changers)類別，共六種模型：類別，共六種模型： Pump 泵模型泵模型 1、泵、泵(Pump) 2、水輪機(jī)、水輪機(jī)(Hydraulic Turbine) Pump 模型用于模擬泵和水輪機(jī)模型用于模擬泵和水輪機(jī) 兩種單元設(shè)備兩種單元設(shè)備 Pump 連接連接 Pump 模型的連接圖如下：模型的連接圖如下

6、： Pump 模型參數(shù)模型參數(shù) Pump 模型有五種工作方式：模型有五種工作方式： 指定模型參數(shù)指定模型參數(shù) 計(jì)算結(jié)果參數(shù)計(jì)算結(jié)果參數(shù) 排出壓力排出壓力所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 壓力增量壓力增量所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 壓力比率壓力比率所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率排出壓力排出壓力 特性曲線特性曲線所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 最 簡(jiǎn) 單 的 用 法 是 指 定 出 口 壓 力最 簡(jiǎn) 單 的 用 法 是 指 定 出 口 壓 力 (Discharge pressure)，并給定泵的水力，并給定泵的水力 學(xué)效率學(xué)效率(Pump Efficie

7、ncy)和驅(qū)動(dòng)機(jī)效率和驅(qū)動(dòng)機(jī)效率 (Driver Efficiency)，計(jì)算得到出口流體，計(jì)算得到出口流體 狀態(tài)和所需的軸功率和驅(qū)動(dòng)機(jī)電功率。狀態(tài)和所需的軸功率和驅(qū)動(dòng)機(jī)電功率。 Pump 特性曲線特性曲線 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法是使用泵特性曲線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法是使用泵特性曲線 (Performance curve)。特性曲線有三種輸。特性曲線有三種輸 入方式：入方式： 列表數(shù)據(jù)列表數(shù)據(jù)Tabular Data 多項(xiàng)式多項(xiàng)式Polynomials 用戶子程序用戶子程序User Subroutines 列表數(shù)據(jù)是最常用的輸入方式。列表數(shù)據(jù)是最常用的輸入方式。 首先選擇特性曲線的單位：首先選擇特性曲線的單位

8、： 然后選擇特性曲線的數(shù)目，有三個(gè)選項(xiàng)：然后選擇特性曲線的數(shù)目，有三個(gè)選項(xiàng)： 1、操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線、操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single cueve at operating speed； 2、參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線、參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single curve at reference speed； 3、不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線、不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線 Mutiple curves at different speeds. 在在Curve Data表單中輸入具體數(shù)據(jù)：表單中輸入具體數(shù)據(jù)： 1、特性曲線變量的單位、特性曲線變量的單位 Units of curve variables； 2、每根曲線

9、特性數(shù)據(jù)表、每根曲線特性數(shù)據(jù)表 如如 Head vs. flow tables； 3、每根曲線的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速、每根曲線的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 Curve speeds； 在在Efficiencies表單輸入效率數(shù)據(jù)：表單輸入效率數(shù)據(jù)： 當(dāng)泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同當(dāng)泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同 時(shí)，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：時(shí)，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)： Pump QNPSHR 表表 設(shè)計(jì)泵的安裝位置時(shí)，應(yīng)核算設(shè)計(jì)泵的安裝位置時(shí)，應(yīng)核算“必需汽必需汽 蝕余量蝕余量” NPSHR Net Positive Suction Head Required 10( )NPSHRHsm 其中：其中：Hs 為允許吸上真空

10、度為允許吸上真空度 汽蝕過程：汽蝕過程：液體在一定溫度下，壓力降低至該溫度下的汽化壓力時(shí)產(chǎn)生汽泡；液體在一定溫度下，壓力降低至該溫度下的汽化壓力時(shí)產(chǎn)生汽泡； 產(chǎn)生的氣泡流動(dòng)到高壓處時(shí)易于破裂；在破裂的同時(shí)液體以很高的速度填充產(chǎn)生的氣泡流動(dòng)到高壓處時(shí)易于破裂；在破裂的同時(shí)液體以很高的速度填充 空穴，瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)的水擊作用使部件遭受到破壞。空穴，瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)的水擊作用使部件遭受到破壞。 NPSHR越小抗汽蝕性能越好。越小抗汽蝕性能越好。 在在NPSHR表單中輸入表單中輸入NPSHR數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Pump NPSHA 1.3NPSHANPSHR 根據(jù)安裝和流動(dòng)情況可以算出泵進(jìn)口處的根據(jù)安裝和流動(dòng)情況可以

11、算出泵進(jìn)口處的 “有效汽蝕余量有效汽蝕余量” NPSHA Net Positive Suction Head Available 在實(shí)際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足在實(shí)際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足 NPSHA越大越不易汽蝕。越大越不易汽蝕。 Pump 結(jié)果查看結(jié)果查看 從數(shù)據(jù)瀏覽器從數(shù)據(jù)瀏覽器Pump對(duì)象下選擇對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果 Pump 示例示例 1 一水泵將壓強(qiáng)為一水泵將壓強(qiáng)為1.5 bar 的水加壓到的水加壓到6 bar， 水的溫度為水的溫度為25 C，流量為，流量為100 m3/h。泵的效。泵的效 率為率為 0.68，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率為，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率為0.95。

12、求：泵。求：泵 提供給流體的功率、泵所需要的軸功率、以提供給流體的功率、泵所需要的軸功率、以 及電機(jī)消耗的電功率各是多少？及電機(jī)消耗的電功率各是多少？ Pump 示例示例 2 一離心泵輸送流量為一離心泵輸送流量為 100 m3/hr 的水，水的壓強(qiáng)為的水，水的壓強(qiáng)為 1.5 bar，溫度為，溫度為 25 C。泵的特性曲線如下：。泵的特性曲線如下： 流量流量(m3/hr) 70.0 90.0 109.0 120.0 揚(yáng)程揚(yáng)程(m) 59.0 54.2 47.8 43.0 效率效率(%) 64.5 69.0 69.0 66.0 求：求： 泵的出口壓力、提供給流體的功率、泵所需要的軸泵的出口壓力、提

13、供給流體的功率、泵所需要的軸 功率各是多少？功率各是多少？ 氣體輸送、壓縮設(shè)備按出口壓力和用途分類氣體輸送、壓縮設(shè)備按出口壓力和用途分類 1. 通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)：壓力在壓力在0.115Mpa以下，壓縮比為以下，壓縮比為1-1.5，主要用于通風(fēng)、，主要用于通風(fēng)、 產(chǎn)品干燥等過程。產(chǎn)品干燥等過程。 2. 鼓風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)：壓力為壓力為0.115-0.4Mpa，壓縮比小于，壓縮比小于4，用于要求相當(dāng)壓，用于要求相當(dāng)壓 力的原料氣的壓縮、液體物料的壓送、固體物料的氣流輸送。力的原料氣的壓縮、液體物料的壓送、固體物料的氣流輸送。 3. 壓縮機(jī)：壓縮機(jī)：壓力在壓力在0.4Mpa以上，壓縮比大于以上，壓縮比大于

14、4，用于工藝空氣、氣，用于工藝空氣、氣 動(dòng)儀表用氣、壓縮過濾及吹掃管道等方面。動(dòng)儀表用氣、壓縮過濾及吹掃管道等方面。 4. 制冷機(jī)：制冷機(jī)：壓力和壓縮比與壓縮機(jī)相同，用于為低溫生產(chǎn)系統(tǒng)提壓力和壓縮比與壓縮機(jī)相同，用于為低溫生產(chǎn)系統(tǒng)提 供冷量。供冷量。 5. 真空泵：真空泵：用于減壓，出口極限壓力接近用于減壓，出口極限壓力接近0Mpa。 5.2 壓縮機(jī)的仿真設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的仿真設(shè)計(jì) Compr 壓縮機(jī)模型壓縮機(jī)模型 1.多變離心壓縮機(jī)多變離心壓縮機(jī)(Polytropic Centrifugal Compressor) 2.多變正排量壓縮機(jī)多變正排量壓縮機(jī)(Polytropic Positive Di

15、splacement Compressor) 3.等熵壓縮機(jī)等熵壓縮機(jī)(Isentropic Compressor) 4.等熵汽輪機(jī)等熵汽輪機(jī)(Isentropic Turbine) Compr 模型用于模擬四種單元設(shè)備模型用于模擬四種單元設(shè)備 Compr 連接連接 Compr 模型的連接圖如下：模型的連接圖如下： Compr 計(jì)算模型計(jì)算模型 Compr 模塊提供八種計(jì)算模型：模塊提供八種計(jì)算模型： 等熵模型等熵模型 Isentropic (Mollier-based methods) ASME等熵模型等熵模型 Isentropic using ASME method GPSA等熵模型等熵模

16、型 Isentropic using GPSA method ASME多變模型多變模型 Polytropic using ASME method GPSA多變模型多變模型 Polytropic using GPSA method 分片積分多變模型分片積分多變模型 Polytropic using piecewise integration 正排量模型正排量模型 Positive displacement 分片積分正排量模型分片積分正排量模型 Positive displacement using piecewise integration ASME：美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)：美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì) GP

17、SA：天然氣加工供應(yīng)商協(xié)會(huì)：天然氣加工供應(yīng)商協(xié)會(huì) 等熵等熵：將：將壓縮過程近似為絕熱等熵過程，即不考慮對(duì)外傳熱，也壓縮過程近似為絕熱等熵過程，即不考慮對(duì)外傳熱，也 不考慮摩擦損失，把壓縮過程近似為一個(gè)等熵絕熱過程不考慮摩擦損失，把壓縮過程近似為一個(gè)等熵絕熱過程。 多變多變：一般實(shí)際過程中，氣體狀態(tài)變化往往遵循一定規(guī)律。通過一般實(shí)際過程中，氣體狀態(tài)變化往往遵循一定規(guī)律。通過 實(shí)驗(yàn)，測(cè)定過程中一些狀態(tài)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定過程中一些狀態(tài)點(diǎn)的p、v值而近似整理成：值而近似整理成：pvn=常數(shù)常數(shù) 的形式。這樣的過程稱為多變過程，式中指數(shù)的形式。這樣的過程稱為多變過程，式中指數(shù)n為為多變指數(shù)。多變指數(shù)。 熱力

18、工程中常遇到理想氣體定容變化、定壓變化、定溫變化、絕熱力工程中常遇到理想氣體定容變化、定壓變化、定溫變化、絕 熱變化熱變化(定熵定熵)四個(gè)變化過程，可視為多變過程的特例之一四個(gè)變化過程，可視為多變過程的特例之一 。 正排量正排量：指通過體積變化指通過體積變化(壓縮或膨脹壓縮或膨脹)來產(chǎn)生流量的來產(chǎn)生流量的。 Compr 模型參數(shù)模型參數(shù) Compr 模型有五種工作方式：模型有五種工作方式： 指定模型參數(shù)指定模型參數(shù) 計(jì)算結(jié)果參數(shù)計(jì)算結(jié)果參數(shù) 排出壓力排出壓力所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 壓力增量壓力增量所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 壓力比率壓力比率所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 制動(dòng)馬力制動(dòng)馬力排出壓力排出壓力 特性曲線特性曲線所需所需( (產(chǎn)產(chǎn)) )功率功率 1、等熵效率、等熵效率 Isentropic Efficiency 2、