王超

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司)

淺談離心泵選型設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

王超*

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司)

在石化裝置中，泵的選型設(shè)計(jì)將直接影響泵的后期運(yùn)行質(zhì)量。從詢價(jià)技術(shù)文件編制以及投標(biāo)技術(shù)文件審查兩個(gè)方面介紹了離心泵在選型設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)，并結(jié)合相關(guān)的實(shí)際工程案例進(jìn)行了分析。

離心泵 石化裝置 選型設(shè)計(jì) 工程案例 機(jī)械密封 技術(shù)文件

0 前言

在石油化工裝置中，泵為整個(gè)工藝流程提供動(dòng)力，因此泵能否安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，直接影響到整個(gè)裝置的正常運(yùn)行。泵的運(yùn)行質(zhì)量以及后期的運(yùn)行維護(hù)狀況，取決于在設(shè)計(jì)階段泵的選型設(shè)計(jì)工作[1-2]。在石化裝置中，離心泵的數(shù)量占泵總量的70%～80%，因此離心泵的選型設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵和重要。

泵的選型設(shè)計(jì)工作一般由工程公司或設(shè)計(jì)院動(dòng)設(shè)備工程師負(fù)責(zé)。本文從詢價(jià)技術(shù)文件編制以及投標(biāo)技術(shù)文件審查兩個(gè)階段對(duì)離心泵選型設(shè)計(jì)過(guò)程中需注意的問(wèn)題進(jìn)行探討和分析，并結(jié)合相關(guān)工程案例進(jìn)行說(shuō)明。

1 離心泵選型設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1.1 詢價(jià)技術(shù)文件編制

離心泵的詢價(jià)技術(shù)文件由動(dòng)設(shè)備工程師負(fù)責(zé)編制，提出對(duì)裝置所需泵設(shè)備的技術(shù)要求。詢價(jià)技術(shù)文件一般由泵數(shù)據(jù)表、詢價(jià)技術(shù)規(guī)格書(shū)以及相關(guān)技術(shù)附件組成，詢價(jià)技術(shù)文件是否完整、合理、準(zhǔn)確，將直接影響所采購(gòu)的泵的質(zhì)量以及采購(gòu)進(jìn)度。編制詢價(jià)技術(shù)文件應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）設(shè)計(jì)人員在編制詢價(jià)技術(shù)文件時(shí)需認(rèn)真審核工藝、電氣等相關(guān)專(zhuān)業(yè)提交的條件，必要時(shí)與相關(guān)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)和修正。工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)提出泵揚(yáng)程和流量等工藝條件后，應(yīng)根據(jù)廠家或現(xiàn)有資料確定是否可以選擇合適的泵，如果沒(méi)有合適的泵型或者所選擇的泵型不夠經(jīng)濟(jì)合理，則需要與工藝專(zhuān)業(yè)進(jìn)行溝通，修改工藝參數(shù)。

案例1，某項(xiàng)目中泵輸送介質(zhì)為碳酸二甲脂、硝酸、亞硝酸甲酯等，流量為700 m3/h，揚(yáng)程為35 m，有效汽蝕余量NPSHa=2.9 m。

由于該泵輸送的介質(zhì)具有腐蝕性和毒性，因此初步所選泵型為屏蔽泵。與泵廠交流時(shí)了解到，由于泵流量較大，因而電機(jī)功率較大，且有效汽蝕余量（NPSHa）較小，不滿足設(shè)計(jì)要求，不利于屏蔽泵連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)動(dòng)設(shè)備工程師與工藝、配管專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)，將單臺(tái)泵改為兩臺(tái)泵并聯(lián)，兩臺(tái)泵相同，流量均為350 m3/h，揚(yáng)程為35 m。修改后泵的必須汽蝕余量NPSHr滿足要求（要求做汽蝕余量試驗(yàn)），且單臺(tái)泵的功率不大于48 kW，有利于屏蔽泵的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

案例2，某100萬(wàn)t/a乙烯工程罐區(qū)凝液泵，間歇工作，流量為3 m3/h，揚(yáng)程為80.3 m，NPSHa為1.3 m，輸送介質(zhì)為凝液，汽化壓力為75 kPa，介質(zhì)密度為600 kg/m3。

如圖1所示，該泵主要功能是輸送凝液罐中存儲(chǔ)的凝液。當(dāng)凝液罐中液位達(dá)到一定高度后，啟動(dòng)凝液泵，凝液罐布置在地面以下，罐內(nèi)壓力為常壓。動(dòng)設(shè)備初步選型為自吸離心泵，但由于NPSHa較低，流量較小，查閱廠家和現(xiàn)有泵的資料，沒(méi)有合適泵型。經(jīng)與工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)溝通，罐區(qū)周?chē)贾糜械蛪旱獨(dú)夤芫€，可增加一條氮?dú)夤芫€至凝液罐，增加罐內(nèi)壓力，提高NPSHa，修改后的工藝流程如圖2所示。修改后，NPSHa足夠大，同時(shí)將泵的工作流量修改為10 m3/h，既能滿足自吸泵NPSHa要求，又能確保泵高效穩(wěn)定的工作。

圖1 修改前工藝流程

（2）NPSHa與NPSHr基準(zhǔn)不統(tǒng)一。一般工程公司或設(shè)計(jì)院在計(jì)算NPSHa時(shí)是以泵基礎(chǔ)上表面為基準(zhǔn)，未考慮泵中心線至泵底座下表面的距離。而對(duì)于臥式離心泵，API610規(guī)定NPSHr的基準(zhǔn)為泵葉輪的中心線，若將NPSHa的計(jì)算基準(zhǔn)改為泵葉輪中心線，將導(dǎo)致NPSHa減小。因此需要詢價(jià)技術(shù)文件中明確NPSHa的計(jì)算基準(zhǔn)，以引起供貨商的注意，在選泵時(shí)考慮此差異[3]。

圖2 修改后工藝流程

（3）當(dāng)泵輸送介質(zhì)為有毒（如甲苯）或有腐蝕性的介質(zhì)時(shí)，在綜合考慮泵的操作工況以及現(xiàn)場(chǎng)條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先選擇無(wú)泄漏泵，如屏蔽泵和磁力驅(qū)動(dòng)泵。

案例3，某硝酸卸料泵，操作流量為50 m3/h，揚(yáng)程為25 m，NPSHa為5 m，介質(zhì)為硝酸，飽和蒸汽壓為2 kPa。

該泵用于硝酸卸車(chē)，在卸料后期，會(huì)產(chǎn)生抽真空的現(xiàn)象，若采用普通離心泵+機(jī)械密封，容易造成機(jī)械密封面干摩擦，從而影響泵的正常操作。而硝酸的泄漏又會(huì)造成場(chǎng)地腐蝕、污染環(huán)境，因此選擇泵型為磁力泵，同時(shí)為避免抽空時(shí)軸承干摩擦，最終選擇泵型為自吸式磁力泵。

（4）在詢價(jià)文件中規(guī)定泵型、密封方案以及泵的材料時(shí)，應(yīng)在詢價(jià)文件中增加一條備注：“允許賣(mài)方提供更經(jīng)濟(jì)和更先進(jìn)的技術(shù)方案（包括泵型、密封型式以及選材）?！边@樣有利于買(mǎi)方和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行比選[4]。

（5）編制的詢價(jià)技術(shù)文件其內(nèi)容一定要盡量全面、準(zhǔn)確和詳細(xì)，至少應(yīng)包括詢價(jià)技術(shù)規(guī)格書(shū)，數(shù)據(jù)表，公用工程規(guī)格，工藝流程圖（PID），電氣和儀表技術(shù)規(guī)格書(shū)等。詢價(jià)數(shù)據(jù)表中要明確泵送介質(zhì)的組分以及所含固相顆粒的粒度，這利于泵廠選擇泵型和過(guò)流部件以及機(jī)封材料。當(dāng)采用國(guó)外工藝包時(shí)，若無(wú)法完全準(zhǔn)確理解工藝包中與泵相關(guān)的技術(shù)文件時(shí)，應(yīng)將其一并放入詢價(jià)技術(shù)文件中，這更有利于泵廠確定相應(yīng)技術(shù)方案。

案例4，某項(xiàng)目15/5萬(wàn)t/a MTBE（甲基叔丁基醚）/丁烯-1裝置中共有32臺(tái)離心泵，設(shè)計(jì)人員在詢價(jià)文件數(shù)據(jù)表中填寫(xiě)的密封沖洗為串聯(lián)雙密封Plan11+52。泵廠的報(bào)價(jià)密封方案為串聯(lián)雙密封Plan11+52，并未對(duì)該方案提出任何異議。在后期的中間資料確認(rèn)階段，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)需將密封方案Plan52放空管線連接至低壓火炬，而該裝置區(qū)只有高壓火炬，火炬背壓（0.2 MPa）較高，無(wú)法滿足密封方案Plan52要求。查看詢價(jià)文件，由于設(shè)計(jì)人員疏忽，公用工程文件采用整個(gè)項(xiàng)目公用工程規(guī)格，并未將低壓火炬系統(tǒng)數(shù)據(jù)刪除。

發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題后及時(shí)與廠家和業(yè)主溝通協(xié)商，考慮該裝置中泵送介質(zhì)均為輕烴，易揮發(fā)，最終將密封方案修改為干氣密封Plan11+72+75，并且該密封方案已成功應(yīng)用于其他項(xiàng)目MTBE裝置，操作簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。其中密封方案Plan72中自力式調(diào)節(jié)閥閥后壓力調(diào)整為0.35～0.38 MPa，火炬背壓滿足要求。

1.2 投標(biāo)技術(shù)文件審查[4]

動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員應(yīng)以詢價(jià)技術(shù)文件為基礎(chǔ)，認(rèn)真審查泵廠投標(biāo)文件，包括偏離表、數(shù)據(jù)表、性能曲線、技術(shù)協(xié)議等，避免出現(xiàn)常見(jiàn)錯(cuò)誤或缺陷，提高投標(biāo)文件水平。審查時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)應(yīng)接受泵廠提出的合理偏離。

例如為保護(hù)泵下游管線和設(shè)備，一般在詢價(jià)文件中提出泵的關(guān)閉壓力或關(guān)閉揚(yáng)程不應(yīng)超過(guò)額定點(diǎn)的120%，一些泵型無(wú)法滿足該要求，對(duì)于這些泵關(guān)閉點(diǎn)的揚(yáng)程或壓力需經(jīng)系統(tǒng)和管道專(zhuān)業(yè)確認(rèn)。

(2)要對(duì)泵的工藝參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)。

投標(biāo)數(shù)據(jù)表一般是在詢價(jià)數(shù)據(jù)表上進(jìn)行完善，有時(shí)一些特殊泵型需廠家提供泵廠的數(shù)據(jù)表，對(duì)于該數(shù)據(jù)表需要對(duì)泵的工藝參數(shù)重新進(jìn)行確認(rèn)，防止泵的工藝參數(shù)出錯(cuò)。

(3)投標(biāo)文件離心泵數(shù)據(jù)表中泵性能相關(guān)參數(shù)均來(lái)自泵的性能曲線，需要認(rèn)真核對(duì)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)與性能曲線是否一致，避免筆誤造成摘抄錯(cuò)誤。性能曲線應(yīng)包括Q-NPSHr、Q-P、Q-η以及Q-H (包括最大葉輪、所選葉輪和最小葉輪)曲線。在性能曲線圖上應(yīng)明確標(biāo)出泵正常和額定工況的縱線和橫線。另外，應(yīng)注意泵的性能曲線是否具有駝峰，避免出現(xiàn)不穩(wěn)定工作點(diǎn)。

(4)要注意離心泵性能曲線的修正。

在詢價(jià)文件中一般規(guī)定泵廠投標(biāo)的性能曲線應(yīng)換算成泵送介質(zhì)的性能曲線，若泵廠投標(biāo)曲線是以清水作為介質(zhì)繪制的，應(yīng)通知泵廠進(jìn)行修正。必須注意：當(dāng)泵送介質(zhì)為烴類(lèi)時(shí)NPSHr曲線不用修正。

當(dāng)泵送介質(zhì)黏度大于20 mm2/s或含有固體顆粒時(shí)，應(yīng)要求泵廠對(duì)性能曲線進(jìn)行修正，并提交黏性介質(zhì)性能曲線和出廠驗(yàn)收清水性能曲線兩張圖。審查時(shí)應(yīng)注意，兩張圖中額定點(diǎn)揚(yáng)程不同，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程相同，否則泵的性能曲線不合格[2]。

(5)電機(jī)功率的選擇既要經(jīng)濟(jì)合理，又要保證能滿足泵各種工況的需求。

例如，當(dāng)泵送介質(zhì)（如輕烴）密度≤600 kg/m3時(shí)，電機(jī)若按照額定流量下的水試功率來(lái)選擇，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率過(guò)大?？稍谠儍r(jià)文件中規(guī)定，“所選擇的電機(jī)應(yīng)能滿足在50%額定流量或最小流量下現(xiàn)場(chǎng)水試要求，泵廠試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用大功率電機(jī)（工廠電機(jī)）進(jìn)行額定流量下清水試驗(yàn)”。

對(duì)于需要自啟的泵，需在數(shù)據(jù)表中明確標(biāo)出“需自啟”。審查投標(biāo)技術(shù)文件時(shí)，應(yīng)注意所選電機(jī)功率要大于額定葉輪下泵的最大功率，以滿足泵自啟要求。

(6)確保NPSHa與NPSHr基準(zhǔn)統(tǒng)一。

由于設(shè)計(jì)人員疏忽，詢價(jià)數(shù)據(jù)表中經(jīng)常未標(biāo)注NPSHa的計(jì)算基準(zhǔn)，這時(shí)需在數(shù)據(jù)表中增加NPSHa的計(jì)算基準(zhǔn)“泵基礎(chǔ)上表面”，并結(jié)合泵的外形尺寸將NPSHa與NPSHr的計(jì)算基準(zhǔn)統(tǒng)一?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一之后，若NPSHa-NPSHr＜0.6 m，需告知泵廠更換泵型或提高NPSHa值。

(7)要注意泵及其輔助設(shè)備材料的選擇。

當(dāng)泵送介質(zhì)溫度或環(huán)境溫度低于-20℃時(shí)，應(yīng)采用耐低溫材料（如低溫碳鋼或不銹鋼）。另外，應(yīng)注意一些烴類(lèi)介質(zhì)汽化壓力較高，易出現(xiàn)閃蒸工況。雖然正常工作時(shí)溫度并不低，但若操作失誤，介質(zhì)閃蒸，溫度會(huì)迅速降至-20℃以下。因此，對(duì)于這類(lèi)泵也應(yīng)采用耐低溫材料。

對(duì)于含有固體顆粒的介質(zhì)，泵內(nèi)過(guò)流部件應(yīng)采用耐磨材料，如金屬硬鎳合金。

對(duì)于沿海建造的裝置，裝置界區(qū)內(nèi)所用的冷卻水一般是經(jīng)處理過(guò)的海水，因此與冷卻水接觸的管線以及零件在選用材料時(shí)要提醒泵廠注意冷水中的氯離子含量。例如，某乙烯裝置中冷卻水氯離子含量為108 mg/kg，泵廠報(bào)價(jià)文件中Plan52密封罐和冷卻盤(pán)管材料為304SS，無(wú)法保證冷卻盤(pán)管的使用壽命，因此將冷卻盤(pán)管的材料改為316SS。

(8)投標(biāo)數(shù)據(jù)表中，應(yīng)要求泵廠填寫(xiě)機(jī)械密封的分類(lèi)編碼（標(biāo)準(zhǔn)API682）。密封分類(lèi)編碼包括機(jī)械密封的類(lèi)別、型式、布置以及沖洗方案等信息。有些泵廠僅在數(shù)據(jù)表中給出沖洗布置方案，這并不能全面準(zhǔn)確地反映機(jī)械密封信息。對(duì)于泵廠給出的密封分類(lèi)編碼要認(rèn)真審查。例如，泵的正常工作溫度為200℃，而泵廠給出的密封為C2A2A1152，彈性元件為多彈簧旋轉(zhuǎn)式，輔助密封元件為O形圈，這種密封結(jié)構(gòu)的工作溫度在176℃以下，明顯不符合API682標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 結(jié)語(yǔ)

本文是筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，從詢價(jià)技術(shù)文件編制和投標(biāo)技術(shù)文件審查兩個(gè)方面簡(jiǎn)單介紹了石化裝置中離心泵選型設(shè)計(jì)過(guò)程需要注意的問(wèn)題，希望能給從事離心泵選型設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)人一定幫助。在實(shí)際離心泵選型工作中，應(yīng)綜合考慮操作工況、介質(zhì)特性、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、安全等因素，選出最經(jīng)濟(jì)合適的泵。

[1]全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)泵技術(shù)委員會(huì).工業(yè)泵選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010：5-10，127-142.

[2]梁秀芬.煉油裝置機(jī)泵的選型與采購(gòu)[J].工業(yè)技術(shù)科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2006，14:49.

[3]田爽.淺談離心泵選型[J].化工設(shè)計(jì)，2015,25(1)：38-39.

[4]魏宗勝.化工泵采購(gòu)全過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)[J].泵工程師，2014（10）：24-30.

Notice about Lectotype Design of Centrifugal Pump

Wang Chao

In the petrochemical unit,the lectotype design of the pumps is of great importance to the later running quality.Thus,the notice about the lectotype design from the aspects of the edition of the inquiry technical document and the examination of the biding document is introduced,followed by the study of the practical project case.

Centrifugal pumps;Petrochemical unit;Lectotype design;Project case;Mechanical seal; Technical document

TQ 050.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.08.005

2015-12-10）

*王超，男，1988年生，碩士研究生，工程師。濟(jì)南市，250101。