石油化工离心泵的选型.docx
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石油化工离心泵的选型
二、特点和用途
●①泵的流量、排出压力、NPSH以及泵的耐温、耐压能力等都必须满足石油化工工艺的要求。
●②泵必须具有良好的密封性，其轴封的泄漏量应在允许的范围之内，必要时应采用无泄漏结构。
●③泵的结构必须适应被送液体的特性，以正常、顺利地输送各种液体物料，并应从结构上消除或减少温度应力、腐蚀疲劳、应力腐蚀等引起泵失效。
●④泵的材料应符合被送液体物料的化学性质和操作工况。
●⑤泵必须便于安装、拆检和维修。
●⑥泵的易损件（如轴承等）的寿命应满足石油化工生产长期、连续运行的要求。
●⑦泵应具有较高的效率。
●⑧泵的设计、选材、制造和检验遵照有关的标准和规范。
图1
图2
三、离心泵常用的规范、标准
API610:
石油、重化工和气体工业用
ANSIB73.1M:
化工用卧式端吸式离心泵技术规范
ISO2858端吸式离心泵（16bar）标记、性能、尺寸
ISO5199离心泵技术条件（Ⅱ级）
GB3215炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件。
GB3216离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法。
GB5656离心泵技术条件（Ⅱ级）
四、选型条件
工艺参数确定是泵选型的最重要依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定。
（1）流量Q流量是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质量，工艺人员一般应给出正常、最大和最小流量。
泵数据表上往往只给出正常和额定流量。
选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的1.1~1.15倍。
（2）扬程H指工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。
一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.05~1.1倍。
（3）进口压力Ps和出口压力Pd进、出口压力指泵进出接管法兰处的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封的要求。
（4）温度T指泵的进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。
（5）装置汽蚀余量NPSHa也称有效汽蚀余量，计算方法下面要作详细介绍。
（6）操作状态操作状态分连续操作和间歇操作两种。
五，泵的几种主要参数的基本概念：
1、泵的相似律
动力学型泵服从以下相似律
⑴输送能力与叶轮和转速成正比。
⑵扬程与叶轮直径和转速的平方成正比。
⑶功率与叶轮直径和转速的立方成正比。
2、功率
工程师最最便捷计算泵功率的公式为
HP=GPM（∆P）/1715（Eff）
式中 HP=泵的功率，hp（=745.7pw）
GPM=流量，gal/min
∆P=杨程（出口压力减去入口压力），psi.
Eff=泵效率，%
（1KW=1.36HP.1m3/min=264GPM/min,1Mpa=145psi）
3、效率
由M.W.Kellogg公司提供的泵效率曲线推导出公式，这些曲线能很好地符合供货商的数据。
推出的公式看上去很冗长，但用起来很方便。
Eff=80-0.2855F+3.78×10-4FG-2.38×10-7FG2+5.39×10-4F2-6.39×10-7F2G+4×10-10F2G2
式中 Eff=泵效率百分数；
F=扬程，ft;
G=流量，gal/min
适用范围：
F=（50~300）ft
G=（100~1000）gal/min
公式求出的值对泵曲线的相对误差在7%以内，它是指曲线值的7%范围，而不是绝对的7%，即如果曲线值为50%，则公式求得值的范围在50%±3.5%。
对于流量在25~99gal/min范围时，用100gal/min代入公式求值，然后减去0.35%/（gal/min）,乘以100gal/min和小流量gal/min二者之间的差值，由此可得到粗略的效率值。
如流量在此范围下段（25~30gal/min）时，对于扬程范围中间值的结果误差约为15%以内，两端值时不超过25%。
这些己足够小流量下的近似估算。
4、最小流量
大多数泵都需要最小流量保护来防止停转。
因为停转时实际上所有的泵功率转化为热能，使液体汽化而损坏泵。
工程师进行设计计算时必须先考虑最小流量。
在初步设计工作阶段是，假定阻塞停转条件下所有功率均转化为热量，求出近似的所需最小流量。
然后，提供足够的最小流量把此热量带走，维持此最小流量物流的温升于15℉左右。
详细设计时，工艺工程师与机械工程师和供货商代表保持密切联系，确定确切的要求，包括最小流量管道上的限流孔板的类型和尺寸。
5、常用吸入系统（泵的装置汽蚀）
净正吸入压头（NetPositiveSuctionHead）即NPSH，是离心泵设计、选择及操作运行中最重要的参数，这是泵系统中重要的一环，并应作为很特殊的配管设计对待。
⑴直管段、阀门和管件的摩擦损失
⑵容器至吸入口管线的压力损失
⑶入口管线上设备的压力损失（如换热器）
通常，工艺工程师在项目设计阶段前期就必须有关于NPSHa要求的概念。
NPSHa值用于设定容器高度，并对其它的设计方面产生影响。
泵的选择是一项经济平衡问题，包括所需NPSH的要求与泵的转速在内。
泵的转速越低，NPSH要求通常也低，容许容器高度放得越低，但达到同样的扬程时，高速泵通常更便宜。
吸入口系统的第二个主要任务为维持所有点的压力高于蒸气压。
通常在容器出口管口区域可能产生低压点，对此点给出如下一些好的经验法则。
（4）排料口上方的最小液柱压头心、必须大于管口出口阻力，基此可取安全系数为4、速度头“K”因子为0.5。
（5）对于饱和（泡点）液体，从排料管口垂直下来的管子应尽可能靠近该排料管口，这样可使得在进泵之前任何水平管段或管网以上的静压头为最大值。
容器排料口应安装破涡器。
（6）装置的汽蚀余量NPSHa
由泵装置系统（液体在额定流量和正常泵送温度下为准）确定的汽蚀余量，称装置汽蚀余量，也称为有效汽蚀余量或可用汽蚀余量（以液柱计）、其大小由吸液管路系统的参数和管路中流量所决定，而与泵的结构无关。
（7）必需的汽蚀余量NPSHr
由泵厂根据试验（通常用20℃的清水在额定流量下测定）确定的汽蚀余量，称泵的必需汽蚀余量。
必需汽蚀余量在吸入法兰处测定并换算到基准面。
在比较NPSHa和NPSHr值时应注意基准面是否一致，如不一致应换算至同一基准面
（8）泵的安装高度S
泵的安装高度S也称泵的吸液高度，是指泵的基准面至吸入液之间的高度差。
（9）吸入真空度Hs
离心泵功率裕量系数K
七、离心泵的特性曲线
泵的特性曲线反映泵在恒定转速下的各项性能参数。
国内泵厂提供的典型的特性曲线如图8，一般包括H-Q线、N-Q线、η－Q线和NPSHr-Q线。
国外很多泵厂及国内引进技术生产的一些泵，往往提供全特性曲线，该曲线包括不同叶轮直径下的H-Q线、等效率线、等轴功率线及NPSHr-Q线。
如图9
H-Q
H
N
ηN-Q
η-Q
NPSHr-Q
Q
图8
八、离心泵的选择
离心泵选型是设计中的重要工作，它包括：
离心泵形式的选择、离心泵型号的选择、离心泵结构材料及密封形式的选择。
（1）离心泵形式的选择
离心泵形式的选择包括离心泵的剖分形式（径向或轴向）、级数，一般泵与筒形泵（双层壳体泵）；以及支撑方式（中心线支撑与底脚支撑）等。
下列基本原则供形式选择中参照使用：
①离心径向剖分泵可是单级（单吸或双吸）；双级（两端支撑或悬壁）或多级。
多级径向剖分泵可是节段式或双层壳体式，在选择节段式多级泵用于高温（大于250℃）或低相对密度介质时，应充分注意制造厂的经验及使用业绩。
在选择径向剖分的单级双吸悬臂泵或双级悬臂泵时，应充分考虑制造厂的经验及具体应用条件，慎重决定。
除上述要求选择径向剖分泵以外场合可选择轴向剖分泵。
②离心泵的级数选择。
离心泵的单级扬程一般在20~200m之间，对于更高的扬程一般选择双级或多级泵。
对高能量头（单级扬程大于198m）和单级耗功大于224kW的泵应特别注意，要避免叶片通道产生共振频率以及在小流量时的低频振动。
对单级高速泵（Sundyne），用于流量小于90m3/h,扬程小于1800m，转速可高达27000r/min。
在选择时应充分考虑泵的吸入性能（NPSHr）的要求。
③双层壳体泵的选择。
双层壳体泵常用于高温、高压场合，如加氢裂化、加氢精制、延迟焦化等装置中；外层为径向剖分的筒形结构，内壳可采用径向剖分或轴向剖分，转子装在内壳中可整体装入或抽出，双层壳体泵不仅承压能力强，而且最大限度的减少了泵送介质的漏泄可能，能保证安全操作。
多级节段式单壳体泵有时也可用于高温场合，选择时慎重。
④支撑方式的选择。
支撑方式通常有中心线支撑及底脚支撑或端部支撑。
泵壳体中心线支撑方式应用于介质温度大于150℃的情况，它可以保证在工作温度下，泵和驱动机的对中情况无显著变化。
单级或两级悬臂式离心泵通常只设对称的两点支撑，多级离心泵通常设两点支撑。
（2）离心泵型号的选择
离心泵型号选择中应考虑：
①泵送流量及扬程的正确选定。
对进料泵及循环泵等一般取额定流量为正常流量的110%，对回流泵等可取额定流量为正常流量的120%~135%。
对流量预计波动范围较大的泵可取更大的裕量。
泵的扬程（总扬程）按计算确定，不加裕量。
按额定流量及扬程作为选泵的参数。
扬程不加裕量的原因见图8-1。
H/m
Hp1DC
HpB
HRATED=HNORA
QNORQRATEDQ/（m3/h）
图8-1
按QRATED及HRATED选择的泵，工作点为A，实际操作点在B点，扬程巳有裕量。
若加上裕量如工作点在C点，则实际操作点在D点，增加了扬程，造成了多余的损失。
实际工作中在确定流量参数时考虑了过大的余量，同时在确定扬程时又不适当地加上了余量，使所选的泵在工作时流量远小于泵的设计流量而扬程又远高于需要值，使泵在低效率区工作同时又有大量的能量消耗在阀门的节流损失上，造成了常见的“大马拉小车”不合理现象。
为此严格按照工艺流程的要求合理确定选泵的流量和扬程十分重要。
②泵工作点的选择。
按API610要求，泵的额定工作点应在泵的最隹效率的右侧，正常工作点在其左侧。
API610还要求，选泵时选择的叶轮直径不应是该泵允许的最大叶轮直径，至少应有5%的裕量。
国外某些工程公司如日本JGC、EBARA、美国FLOWSERVE、英国FOSTER-WHEEL公司和API都规定选泵时，泵的额定工作点应在泵性能曲线上最高效率点（BEP）的左侧。
③泵的比转数的选择。
由确定的额定流量、扬程及泵的转速可计算出在额定点工作时所需的泵的比转数。
泵的比转数是由首级叶轮BEP点的流量、扬程和转速所定义的值。
两者相等则两点重合，两者差别越大则两点距离越远。
表8-1
泵名
流量/（m3/h）
正常/额定
扬程
m
需用比转数
NS
选配的比转
泵额定点
效率η%
反应进料泵
循环油泵
回流泵
分馏塔底泵
塔底泵
柴油泵
进料泵
114。
.85/126.3
101。
.1/111.2
56.2/67.5
887/940
522/630.3
133.1/166
6.93/8.0
2284
3186
80
129
154
118.5
37.4
168.4
133.9
117.1
153.5
110.14
137.8
69.8
167
167
171
129
92
152
103
63
61
57
74
73
68
28
如选择的泵比转数大于需要值，则大泵小用，操作效率低，若小于需要值，则降低泵的效率。
由表8-1可以看出，在炼油厂工艺装置离心泵选择时，需用比转数和选配的比转数如不一致，造成在泵的额定流量和扬程所决定的工作点不是泵的最隹效率点，两者相差越大对效率的影响也越大。
造成这一现象的原因可能是：
A在规定的制造厂的泵系列图中选不到所要求的泵，只能选用参数相近的泵。
B．由于泵容量较小，从价格及维护管理的角度选择了较大的泵。
C．由于制造厂不能提供按工艺要求选泵所确定的叶轮，不得不采用泵厂提供的较大直径的叶轮。
④泵叶轮直径的选择。
泵的叶轮直径应按型谱图上确定的该型号的叶轮直径选择，无须圆整。
若选取较大叶轮直径等于选择了一台大泵，造成操作效率低。
在选泵时按额定流量和扬程在泵型谱图上初步确定泵型号，再在该型号泵的全性能曲线（从最小叶轮直径到最大叶轮直径）图上找出对应的叶轮直径，并要求制造厂按该直径供货。
⑤吸入比转数的复核。
根据选定泵的性能曲线，按公式8-1计算该泵的吸入比转数，按经验对大多数装置的工艺用泵，应将吸入比转数Nss控制在777.4以下，在对订购泵评标时也必须注意Nss值的比较。
ss=3.65
（8-1）
式中：
Nss-泵的吸入比转数；n-泵的转速，r/min;
Q-泵在最隹效率点的流量，m3/s;
NPSHR-泵需要的高于蒸汽压的净吸入压头，m.
对于双吸泵，Q值取入口流量的1/2.
由于单位制及公式表达形式的差异，比转数及吸入比转数的计算结果存在换算关系，表8-2列出我国与几个国家的比转数及吸入比转数的计算公式及换算关系。
十、泵的数据表
离心泵数据表的填写说明
表3－1。
表中第1~18条是泵的操作条件和安装环境及现场条件，由设计部门工艺和系统专业提出。
第7条流量的正常值是物料衡算要求的输送量，额定值是计入富裕系数（通常为1.1~1.5）的物料流量。
第9条进口压力是泵轴封选型所必须的，通常轴封压力略高于泵进口压力。
汽化压力是物料在操作温度下的蒸汽压，也是轴封选择和设计所必须的。
NPSHa是装置的汽蚀余量，由系统专业提供。
第19~24条是由机泵专业人员或泵厂按操作条件选择的泵。
最小连续流量是从最小连续稳定流量和最小连续热流量两者中取大者。
前者是指泵在不超过标准规定的噪声和振动的限度下能够正常工作的最小流量，由泵厂提供的性能曲线上查出（国内泵厂产品尚无此数据）。
最小连续热流量是指泵在此小流量下运转时，液体温度升高使NPSHa降低到等于NPSHr时，泵开始汽蚀。
如果不到泵的最小连续流量值，可近似取为泵最高效率点流量的30%~35%。
按公式如下：
Pa－泵的额定点轴功率KW、
Hs－泵关死点的扬程m
C－比热容，kj/（kg.c）
g－9.81m3/s
Δt－泵的许用温升
（一般清水泵如IS、S、SH、型Δt≤15~20℃、液态烃泵Δt≤1℃、塑料泵Δt≤10℃.）
第20条的扬程是指泵应达到的杨程。
最大杨程是指所选直径叶轮的扬程的曲线最高点的扬程，通常是流量为零时的扬程，作为仪表专业选择压力表的依据。
对于并取运行的泵，关闭点扬程最好是额定流量点扬程的1.1~1.2倍。
第21条NPSHr是指所选直径叶轮在额定流量时，介质的必需汽蚀余量。
对于烃类和高温水，在同样的NPSHa条件下比常温清水不易汽蚀，但为安全，按API610规定，不加NPSHr的减少系数。
通常希望在整个流量范围内的MPSHr至少比NPSHa小0.5m。
第22条额定点效率是指额定流量时的效率，最好使所选叶轮的最高效率点位于额定点和正常流量点之间。
第23条额定轴功率是按额定流量、选用扬程、使用点效率和介质密度等数据计算而得的。
最大轴功率是所选直径叶轮在使用中可能出现的最大流量时的最大轴功率。
第25~48条泵的结构，应根据泵的使用条件，按泵样本资料填写，空白栏由泵厂报价时补填。
第37条泵体的支承方式，对介质温度超过177℃时，应选用中心线支承。
对以下情况之一者，泵体不能采用轴向剖分式：
（1）介质温度大于200℃；
（2）相对密度小于0.7的易燃易爆液体；（3）额定出口压力超过6.9Mpa（G）的易燃易爆液体。
第40条泵体设计压力是指规定泵介质温度下泵壳设计的最大允许出口压力。
按泵样本上的压力－温度图，根据泵体材料和工作温度查出最大允许出口压力，此值应大于第10条最大出口压力。
水压试验压力为设计压力的1.5倍。
第47条轴承箱带水冷夹套通常用于介质温大于120℃的场合。
第57条轴封管路按输送介质性质、工艺要求和轴封结构，从GB3215（炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件Ⅱ）中的附录E“轴封管路装置”，选择合适的形式，填入相应的代号。
第64条液下泵的最小必需浸深，是为了防止浸深过小时空气进入泵内，此值决定于泵的结构，由泵厂规定。
第66条吸入口槽底的距离通常为吸入口直径的0.8~1倍。
第72~76条试验和检验项目应根据泵使用的重要性来选择。
例如，当（NPSHa－NPSHr）>1m时，则不必进行汽蚀性能试验。
十一、泵型号的确定
泵的类型、系列和材料选定后就可以根据泵厂提供的样本及资料确定泵的型号（即.规格）。
1、离心泵型号的确定
额定流量和扬程的确定
额定流量一般直接采用最大流量，如缺少最大流量值时，常取正常流量的1.1~1.15倍。
额定扬程一般取装置所需扬程的1.05~1.1倍。
对粘度>20mm2/s或含因体颗粒的介质，需换算成输送清水时的额定流量和扬程，再进行以下工作。
（1）查系列型谱图
按额定流量和扬程查出初步选择的泵型号，可能为1种，也可能为2种以上。
（2）校核
按性能曲线校核泵的额定工作点是否落在泵高工作区内；校核泵的装置汽蚀余量NPSHa－必需汽蚀余量NPSHr是否符合要求。
当不能满足时，应采取有效措施加以实现。
当符合上述条件者有2种以上规格时，要选用综合指标高者为最终选定的泵型号。
最后根据装置的特点及泵的工艺参数，决定选用哪一类制造、检验标准。
如要求较高时，可选用API610标准，要求一般时，可选用GB5656（ISO5199）或ANSIB73.1M标准。
按API标准选泵需填五张数据表，离心泵工作条件、结构与材料、润滑与密封、仪表与电气、质量检查与试验等。
卖方提供图纸和数据由买方选择。
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