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化工装置中泵的管路设计

        作者:凯利特
        来源:本站
      [导读]

          泵是石油化工装置的重要设备,作为液体输送的设备应用极为广泛。为保证泵稳定高效运行,工艺设计人员除了确定好泵型、工艺参数、过流部件材质、密封方案等,还要针对不同类型的泵,做好配套的进出管道设计。这种设计常包括管径的确定和阀门、仪表的配置。为防止气蚀(针对吸入管)和利于布置的紧凑,泵管道上阀门的配置既要满足工艺、检修、吹扫等要求,数量又要尽量少以减小压力损失。这里简单介绍了常用泵工艺管线的设计、作用及不同泵管道设计的对比。
             泵的管道设计
            1.管径的设计
            泵的吸入管和排出管的直径应经计算确定,但吸入管的直径不得小于泵进口的直径。离心泵吸入管直径一般比泵进口直径大1~2个等级,往复泵吸入管直径一般比泵进口直径大1~3个等级。原因如下:
           1)使吸入口的流量满足设计要求,防止泵抽空现象保护泵的叶轮(同样的原因,一般离心泵吸入管径不小于泵排出管径)。
           2)吸入管径大,同样流量时流速较小,流动损失减小,利于避免气蚀(对于输送密度小于650kg/m3的液体,泵的吸入管道应有0.01~0.1的坡度坡向泵,使气化产生的气体返回吸入罐内,以避免泵产生汽蚀。泵的吸入管道中的液体接近泡点状态时,泵的吸入管道宜步步低坡向机泵)。泵排出管设扩口,流道断面加大,可将泵内高速流体的动压头转变为静压头,即转换为为泵的扬程,进一步增压。对于小扬程、小流量、小口径的泵在工艺允许的要求下,吸入管和排出管也可以不加异径管,设计举例如图1~图3所示。                      图1 离心泵管道管径、阀门设计举例(出口阀门调节)                     图2 离心泵管道管径、阀门设计举例(旁路调节)               图3 旋涡泵管道阀门设计举例
            2.离心泵的吸入管
            泵吸入管道顺介质流向为切断阀、过滤器(如果需要)、导淋和异径管(如果需要)。切断阀在过滤器的上游,作用如下:
           1)检修泵时,利用吸入管和排出管的切断阀将泵切出。
           2)同样的步骤也可用于清洗过滤器。
      螺杆泵、齿轮泵、柱塞泵等小间隙泵,应设永久性过滤器。每台装一个,位于切断阀与泵进口之间。离心泵除离心泵除物料脏或特殊要求外,一般可不设永久性过滤器,但需设开车用临时过滤器。当口径大于或等于40时,也可设永久性过滤器,经常采用Y型过滤器,安装紧靠泵吸入管道切断阀的下游。
           入口导淋一般为泵的最低点,除了泵检修或过滤器清洗时排净外,还可以检查过滤器是否堵了。如果导淋安在过滤器的上游,只有泵启动后出口压力上不去,可能才会发现过滤器堵了的问题。单侧吸入口处如有水平布置的弯头时,应在吸入口和弯头间设一段长度大于3倍管径的直管段,以防止由弯头引起介质偏流,从而降低泵效率和损伤叶轮。同样道理适用于异径管。
           3.离心泵的排出管
           泵排出管顺介质流向为异径管(如果需要)、就地压力表、止回阀、导淋和切断阀。泵出口应设压力表,泵进口宜设压力表。压力表应位于泵出口和止回阀之间的直管段上。压力表损耗率比较大,工艺操作过程中偶然性的瞬间超压或稍微蹩压都很容易就把压力表废掉。北方地区在冬天来说,对于容易存在积液的介质来说,压力表的损坏率更高。因此压力表都有根部阀,方便维护。
           泵出口管道宜设止回阀,止回阀安装在靠近切断阀的上游。泵排出管线为分支时,宜在泵出口总线上设置止回阀。止回阀的作用是防止泵反转。采用螺纹联轴器连接传动轴的立式泵,由于反转可能会使联轴节螺纹松脱而遭损坏,应装设防止反转的棘轮或采取其他经过检验的有效措施。
      普通止回阀关闭速度快,易产生水击,使压力骤然上升,因此止回阀易坏。常在止回阀的上、下游设置切断阀(这里上游切断阀即泵吸入管的切断阀),便于止回阀的检修。
           泵排出管的切断阀和止回阀之间设置导淋,其作用如下:
           1)灌泵时,关闭排出管切断阀,利用出口低点导淋阀排气。泵出口低点排气其实就是泵出口高点排气阀后引了一根管线到地面,防止高点排气烫伤人。
           2)停泵时,止回阀与切断阀之间易存液,冬季可能结冰,用出口低点导淋阀可以将存液排净。
      泵出口应设置切断阀,阀径应与管径相同。若管径比泵的出口管径大一级或大两级以上时,则阀门可比管径小一级。对于进出口压差大于4.0MPa的离心泵宜设串联的双切断阀。
      高扬程泵的出口切断阀的两侧压差较大,阀瓣的单向受压较大,特别是大阀门不易开启,应在阀门的前后设DN20的旁路。在开启主阀前,先打开旁路阀,使主阀两侧的压力平衡,以便顺利开启主阀门。
           泵采用旁路调节时,回流线出口有两个选择,回流到设备或泵入口。《SH/T3014-2012石油化工储运系统泵区设计规范》规定:“输送轻质油品、液化烃的泵用旁路调节流量时,宜回流到储罐。输送重质油品的泵用旁路调节流量时,宜回流到泵入口。”其中轻质油品为石脑油、汽油、煤油、轻柴油等可燃液体的介质。
      一般认为,沸点在350 度以上就可以认为是重油。沸点越高,越难于汽化。个人认为:对于轻质油、液化烃介质,回流线的液体温度会升高,回流到泵入口容易产生汽蚀;对于重质油介质,难以汽化,回流液回到泵入口可以增加泵入口压力,抗气蚀。同样道理,若输送泡点液体,为避免回流夹带气泡进入泵内引起汽蚀,宜回流到容器,可实线气液的再平衡与分离,或者循环所占比例太大时易导致物料温度的升高,易于气蚀,也宜回流到容器。如果输送的液体远离泡点,可回流到泵入口。


       

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