關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題

1、關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題 一、概要 離心泵是石油化工裝置中的一種重要的流體輸送設(shè)備之一。 按工藝流程中的作用可分為：原料泵（進料泵）、循環(huán)泵、回流泵、重沸器泵、成品泵、裝車泵、廢液泵、其他（供水、循環(huán)水、蒸汽鍋爐給水泵、密封油泵等），選擇合適的離心泵是很重要的。選擇泵時除了要滿足工藝要求外，還應(yīng)具有操作平穩(wěn)、運行費用低等要求。 二、泵的基本參數(shù) 泵的基本參數(shù)：流量、揚程、效率、轉(zhuǎn)速、軸功率。允許汽蝕余量（或允許吸上真空高度）等，這些參數(shù)表示泵的性能，而泵在高效區(qū)運行時可獲得最經(jīng)濟、最合理的使用效果。 1、流量：單位時間內(nèi)泵排出的液體量由制造廠實測，與液輪直徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，成正比，流量一般有正

2、常、最小與最大，通常需綜合考慮下面兩個因素： a、裝置的彈性及裝置內(nèi)各設(shè)備能力的協(xié)調(diào)平衡，裝置彈性一般為 60110。 b、工藝過程影響流量變化。 選泵時通常直接采用最大流量。 離心泵的功率與NPSHr隨流量增大而增大，因此離心泵開泵時是先關(guān)上出口閥，低負荷啟動，時間不能太長，待出口壓力升至工藝規(guī)定值并穩(wěn)定后，再緩緩打開出口閥，注意電流的變化，不允許泵在超電流下工作，特別是介質(zhì)比重小于水的泵在管道沖洗或水運是應(yīng)予以注意。 2、揚程（壓頭）：單位重量液體通過泵所獲得的能量（N.m/N，或米液柱），與液輪直徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)。由制造廠用水做試驗得出，在液體粘度不超過水的粘度時，恒定轉(zhuǎn)速下的泵揚程與液體的

3、比重?zé)o關(guān)。同時，泵的揚程隨著流量的減小而增高，最高為關(guān)閉揚程，一般離心泵流量揚程曲線較為平緩，在選泵時最好關(guān)閉揚程不要超過額定揚程的120。 工藝設(shè)計中揚程主要用于克服： a、兩容器液面間的位差； b、兩容器液面壓力作用下的壓頭差； c、泵進出口管線、管件和設(shè)備的阻力損失； d、兩端液體出口和進口的速度壓頭差（通常很小，可忽略不計）。 揚程可用柏努利方程來確定，即： H=10(Pvd-Pvs)/ + Hgd+Hgs+hLd+hLs+(Vd2- Vs2)/(2*g) H：揚程，m液柱； Pvd 、Pvs：排出側(cè)、吸入側(cè)容器液面壓力 kPaA； Hgd：排出側(cè)（最高）液面至泵中心幾何高度 ，m液柱

4、； Hgs：吸入側(cè)（最低）液面至泵中心幾何高度 ，m液柱； (液面低于泵中心（吸上）時，Hgs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時，Hgs為負值.) 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 第 2 頁 共 8 頁 hLd、hLs：排出側(cè)、吸入側(cè)管系阻力，m液柱； Vd、Vs：排出側(cè)、吸入側(cè)介質(zhì)流速，m/s； G ：重力加速度，9.8 m/s2； ：比重 確定揚程時，除了在考慮確定流量的相關(guān)因素外，還應(yīng)考慮到工藝設(shè)計中管路系統(tǒng)（包括設(shè)備）壓力降計算較復(fù)雜，泵的揚程應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，一般為正常需要揚程的1.05-1.1，當(dāng)工藝過程中有結(jié)焦（加熱爐等）等增大管路壓降的因素時應(yīng)特

5、殊考慮。 3、功率和效率（由制造廠定，程序只作初步估計） 有效功率：泵在單位時間內(nèi)對液體所作的功； 軸功率：泵工作時驅(qū)動機傳給泵（軸）的功率； Ne=QH/367 N=QH/(367*) =m*v*HQ：在輸送條件下的泵的體積流量，m3/hr Ne：有效功率kw N：軸功率 kw ：效率（m：泵的機械效率。v：泵的容積效率H：泵的水力效率） mvH大流量泵 0.95-0.98 0.95-0.98 0.90-0.95 小流量低壓泵 0.90-0.95 0.90-0.95 0.85-0.90 小流量高壓泵 0.85-0.90 0.85-0.90 0.80-0.85 泵在最高效率點工況下運行是最理想

6、的，但由于用戶要求性能千差萬別，要是每個用戶都在最高效率點運行，泵的規(guī)格將會很多，一般規(guī)定在效率下降5-8作為泵的工作范圍。 通常離心泵的驅(qū)動機功率應(yīng)依據(jù)液體輸送條件下的軸功率定。當(dāng)介質(zhì)比重小于水，如需考慮水沖洗與試運時，則一般可按泵輸出水時額定流量的30（最小流量）時的軸功率來核算，按最大的選擇驅(qū)動機，具體要求需具體定。 4、泵所允許汽蝕余量與允許吸上真空高度 由于泵入口處流速的大小與方向的改變，而使得泵內(nèi)壓力進一步降低而出現(xiàn)低于泵的入口壓力的現(xiàn)象，為確保泵不發(fā)生汽蝕，泵入口處單位重量液體必須具有超過飽和蒸汽壓的最小富余能量(即最小汽蝕余量（NPSHr）： hmin=10(Ps.min-Pv

7、)/ +Vs2/(2*g) hmin：最小汽蝕余量，m液柱； Ps.min：泵體進口處的最小吸入壓力kPaA；(一般由汽蝕試驗測出) Vs：吸入側(cè)介質(zhì)流速，m/s； Pv：輸送溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓 kPaA； 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 第 3 頁 共 8 頁 為保證泵操作時不發(fā)生汽蝕，泵的允許汽蝕余量比泵的最小汽蝕余量大一些，裕量一般為0.3m: NPSHr hmin +0.3 總之，允許汽蝕余量由制造廠決定，它的大小取決于葉輪入口結(jié)構(gòu)、葉輪的設(shè)計、泵送流量、轉(zhuǎn)速與液體的性質(zhì)（粘度），通常定義在額定工作點。與泵送流量的關(guān)系以曲線圖表示。 注：如果沒有hm

8、in試驗數(shù)據(jù)，可按下式估算 hmin10（n*Q0.5/ Kmin）1.33 ns3.65*n*Q0.5/ H0.75 Nss3.65*n*Q0.5/ NPSHR0.75 n：泵的轉(zhuǎn)速，r/min； Q：輸送溫度下介質(zhì)流量 m3/s(對雙吸式除以2)； ns：比轉(zhuǎn)速； ns：入口比轉(zhuǎn)速； Kmin：汽蝕比轉(zhuǎn)速，可按下表近似確定； 比轉(zhuǎn)速ns50-70 70-80 80-150 150-200 汽蝕比轉(zhuǎn)速Kmin600-700 800 800-1000 1000-1200 通常在離心泵的NPSHr在 1.5-5.2m（僅供參考） 允許吸上真空高度HS=10- NPSHr 5、轉(zhuǎn)速n：轉(zhuǎn)速改變，流

9、體狀況基本不變，流量、揚程、允許汽蝕余量與功率均會改變,電機采用變頻時應(yīng)予以考慮。 6、最小流量：泵的流量減小時泵會發(fā)熱，當(dāng)溫升超過一定值時泵就可能出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象,并且流量減小泵的振動與噪音均會增大（應(yīng)滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），最小流量取滿足兩項要求的較大者。為防止泵出現(xiàn)以上情況，通常設(shè)最小流量線，流量由限流孔板或截止閥控制，具體值由廠家提供，或通過以下方法確定。 注：t(1-)*H/（427* Cp*）鍋爐給水泵一般允許810，最大不超過12-15，一般88.5。 t：操作狀態(tài)下的溫升； ：操作狀態(tài)下的泵效率 H：操作狀態(tài)下的泵揚程 m液柱； Cp：輸送溫度下的液體比熱 kcal/kg. 通過以下步驟確

10、定泵的最小流量： (1)、確定管路系統(tǒng)的有效汽蝕余量NPSHa (2)、先將泵入口條件下介質(zhì)的蒸汽壓加上有效汽蝕余量，得出Pv；然后在Pv在介質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線上查出相應(yīng)的溫度t2; (3)、允許溫升ta=t2-t1，且ta>t (4)、計算最小流量下的泵效率： Ho/（427*ta* Cp+ Ho） Ho：泵的關(guān)閉揚程 m液柱； t1：泵入口介質(zhì)溫度 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 第 4 頁 共 8 頁 7、介質(zhì)特性影響： 7.1、比重：輸送介質(zhì)的比重與常溫水的比重不同時，泵的性能參數(shù)中的揚程、流量、和效率不變，只有軸功率隨介質(zhì)的比重變化而增加。 7.

11、2、粘度：粘度增大時，泵的流量減小、揚程降低、軸功率增加、泵的效率降低、泵所需的允許汽蝕余量增大。 8、泵的幾何安裝高度 為確保泵不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，必須保證泵內(nèi)最低壓力處液體的壓力高于該溫度下液體的飽和蒸汽壓，即泵的有效汽蝕余量（NPSHa）大于泵的允許汽蝕余量（NPSHr）。 8.1、泵的允許幾何安裝高度： Hgs=10(Pvs-Pv)/ HLS NPSHr (液面低于泵中心（吸上）時，H gs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時，H gs為負值.) 泵的實際安裝高度依據(jù)以上計算結(jié)果，并考慮裝置設(shè)備布置條件來確定，最終應(yīng)使系統(tǒng)的有效汽蝕余量大于泵的允許汽蝕余量，即NPSHa > NPSHr

12、。通?？紤]一定的余量，對塔低泵、循環(huán)泵、凝結(jié)水泵等介質(zhì)處于泡點的泵有效汽蝕余量一般要大一些。 NPSHa10(Pvs-Pv)/ HLSHgs> NPSHr (液面低于泵中心（吸上）時，H gs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時，H gs為負值.) （1）、NPSHa（1+）*NPSHr 0.1-0.3，鍋爐給水、凝結(jié)水0.5-0.8 （2）、NPSHaNPSHr+S 輸送平衡液S0.6-1.0m 非平衡液S0.6m鍋爐給水、凝結(jié)水、真空系統(tǒng)等可取2.1m（2-2.5m） 8.2、防止泵汽蝕的措施 a、依據(jù)裝置的具體情況，盡可能將泵安裝的低一點（也就是吸入側(cè)液面盡可能高些），這是一種有效措

13、施，但避免構(gòu)筑物過高的造成的不經(jīng)濟。 b、降低泵的轉(zhuǎn)速，這種措施只能在泵的揚程與流量滿足工藝要求的前提下采用。 c、采用雙吸入式 d、加大入口管徑、減少閥門、彎頭，盡可能減小入口管路系統(tǒng)的阻力損失。 e、對常溫下飽和蒸汽壓高于大氣壓的液體，為防止汽蝕，泵的入口通常設(shè)平衡管道，管道自泵的入口接至入口側(cè)設(shè)備的氣相段，并設(shè)置安全閥，使得氣體能在進泵前返回入口側(cè)設(shè)備。 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 第 5 頁 共 8 頁 三、泵選用步驟： 1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1.1介質(zhì)名稱、輸送條件下的比重、粘度、蒸汽壓、腐蝕及毒性 1.2、介質(zhì)含有固體顆粒：顆粒直徑、含量 1.3、介質(zhì)中

14、氣體含量，（V），（離心泵的含氣量極限為5v） 1.4、操作條件 a、溫度 b、壓力（進出口側(cè)設(shè)備的壓力，排除口側(cè)設(shè)備的壓力） kPag c、流量（正常、最小、最大）m3/hr 1.5、泵所在的位置 a、環(huán)境溫度 b、海拔高度 m c、裝置平豎面要求，進口和出口側(cè)設(shè)備液面至泵中心距離及管線當(dāng)量長度等，入口側(cè)設(shè)備液面取最低液面，出口側(cè)取管路的最高點與設(shè)備最高液面中的較大值。 2、依據(jù)BCD文件所提供的離心泵進出口管線經(jīng)濟流速與百米壓降的相關(guān)規(guī)定確定進出口管線的相關(guān)管徑。 3、依據(jù)初步的設(shè)備布置與管道布置的要求進行相關(guān)水力學(xué)計算，初步確定泵的NPSHa與揚程 4、依據(jù)流量、揚程等相關(guān)參數(shù)與要求，在

15、相關(guān)泵的樣本上初步選定泵的型號，并依據(jù)泵的必須汽蝕余量核對泵的安裝高度（在化工裝置內(nèi)，泵通常都安裝在地面上，因而主要是確定出口側(cè)設(shè)備的最低液面標(biāo)高），直到程序所計算的NPSHa大于泵的允許汽蝕余量。這樣所設(shè)計的泵NPSHa是比較合理的，可以有效避免同制造廠協(xié)商確認(rèn)后的修改。如果沒有樣本可依據(jù)上面相關(guān)的公式初估，不很準(zhǔn)確。 5、依據(jù)泵樣本中所提供的效率可計算相關(guān)軸功率（主要是項目初期）。 6、依據(jù)相關(guān)要求向機泵專業(yè)提中間資料。 7、在機泵專業(yè)的設(shè)計過程中，如NPSHa需作修改時，工藝系統(tǒng)專業(yè)還需依據(jù)廠家所提供的相關(guān)NPSHr 與流量的曲線等數(shù)據(jù)進行離心泵的核算，如果布置設(shè)備布置或管徑有變化則需通

16、知相關(guān)專業(yè)。 8、為避免汽蝕的發(fā)生，訂貨后還應(yīng)依據(jù)泵的實際允許汽蝕余量核算。 9、拿到廠家泵資料后，還要依據(jù)泵的關(guān)閉壓力校核泵出口設(shè)備、儀表及管道的設(shè)計壓力。并完善泵的輔助P&ID圖，同時依據(jù)功率、冷卻水等提供公用工程消耗。 具體過程可參考下圖 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 離心泵工藝計算工作示意流程圖 水力學(xué)計算 PFD 壓力 流量 設(shè)備布置圖 壓力降 NPSHA額定流量 入口壓力 出口壓力 壓差 正常最大 最小管道 控制閥 其他設(shè)備等 比轉(zhuǎn)速(ns)選擇泵型號 效率 軸功率 功率 入口比轉(zhuǎn)速 (Nss) NPSHR 初定泵型號與驅(qū)動機（離心泵） 機

17、泵設(shè)計 機泵專業(yè)與廠家共同完成泵設(shè)計r校核NPSH 校核性能曲線 最小流量、關(guān)閉壓力等 提供最小流量 完善P&ID中歸于泵的輔助管線等 完成公用工程消耗 泵數(shù)據(jù)表 轉(zhuǎn)速 物理性質(zhì) 第 6 頁 共 8 頁 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 第 7 頁 共 8 頁 四、水力學(xué)計算： 1、液體管道壓力降(摩擦損失)的計算公式： P=3.923*10-5*f*(U2/(2*g)*(L/D)* P：管道壓力降 MPa； F ：Fanning摩擦系數(shù) U：管內(nèi)流速 m/s； L：管長 m ：密度 kg/m3g：重力加速度 m/s2D：管內(nèi)徑 m 摩擦系數(shù)在層狀態(tài)下只與

18、雷諾數(shù)有關(guān)，在湍流狀態(tài)下與雷諾數(shù)、管壁的相對粗糙程度有關(guān)。 1）、層流（Re3000） f=16/Re Re=(DU/)*103：流體的粘度 mPa.s 2)、湍流。 摩擦系數(shù)可采用Colebrook公式進行試差法精確求出： 1/f 0.5=4*log10(/(3.71*D+1.26/(Re*f 0.5) ：管壁的絕對粗糙度（mm） 管壁粗糙度對管路壓降的影響是很大的，通常不銹鋼取0.0015mm，碳鋼取 0.05mm 2、在管道壓降的計算中，主要是摩擦系數(shù)的計算，影響較大的因素是管道粗糙度。 國外相關(guān)軟件計算管道壓降時通常采用碳鋼取 0.0435mm。 關(guān)于離心泵工藝計算的相關(guān)問題(僅供參考) 2005.11.25 附（僅供參考）： 1、當(dāng)量長度： 閥門、管件當(dāng)量長度 名稱 Le/D 管件 45° 彎頭 短半徑 16 長半徑(R=1.5 D) 8 90°彎頭 短半徑 22 長半徑(R=1.5 D) 14 90°彎頭 R = 4D 14 R = 5D 16 三通 旁出 60 直流 20 閥門 截止閥 375 (Fully open) 角閥e 185 旋