1、關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)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(jìn)料泵）、循環(huán)泵、回流泵、重沸器泵、成品泵、裝車(chē)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(shí)除了要滿(mǎn)足工藝要求外，還應(yīng)具有操作平穩(wěn)、運(yùn)行費(fèi)用低等要求。 二、泵的基本參數(shù) 泵的基本參數(shù)：流量、揚(yáng)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(yùn)行時(shí)可獲得最經(jīng)濟(jì)、最合理的使用效果。 1、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵排出的液體量由制造廠實(shí)測(cè)，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(gè)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(guò)程影響流量變化。 選泵時(shí)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(kāi)泵時(shí)是先關(guān)上出口閥，低負(fù)荷啟動(dòng)，時(shí)間不能太長(zhǎng)，待出口壓力升至工藝規(guī)定值并穩(wěn)定后，再緩緩打開(kāi)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(yùn)是應(yīng)予以注意。 2、揚(yáng)程（壓頭）：?jiǎn)挝恢亓恳后w通過(guò)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(yàn)得出，在液體粘度不超過(guò)水的粘度時(shí)，恒定轉(zhuǎn)速下的泵揚(yáng)程與液體的

3、比重?zé)o關(guān)。同時(shí)，泵的揚(yáng)程隨著流量的減小而增高，最高為關(guān)閉揚(yáng)程，一般離心泵流量揚(yáng)程曲線(xiàn)較為平緩，在選泵時(shí)最好關(guān)閉揚(yáng)程不要超過(guò)額定揚(yáng)程的120。 工藝設(shè)計(jì)中揚(yáng)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(jìn)出口管線(xiàn)、管件和設(shè)備的阻力損失； d、兩端液體出口和進(jìn)口的速度壓頭差（通常很小，可忽略不計(jì)）。 揚(yáng)程可用柏努利方程來(lái)確定，即： H=10(Pvd-Pvs)/ + Hgd+Hgs+hLd+hLs+(Vd2- Vs2)/(2*g) H：揚(yáng)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(shí)，Hgs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時(shí)，Hgs為負(fù)值.) 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 第 2 頁(yè) 共 8 頁(yè) 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(yáng)程時(shí)，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(jì)中管路系統(tǒng)（包括設(shè)備）壓力降計(jì)算較復(fù)雜，泵的揚(yáng)程應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，一般為正常需要揚(yáng)程的1.05-1.1，當(dāng)工藝過(guò)程中有結(jié)焦（加熱爐等）等增大管路壓降的因素時(shí)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(jì)） 有效功率：泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)液體所作的功； 軸功率：泵工作時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)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(diǎn)工況下運(yùn)行是最理想

6、的，但由于用戶(hù)要求性能千差萬(wàn)別，要是每個(gè)用戶(hù)都在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，泵的規(guī)格將會(huì)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(dòng)機(jī)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(yùn)時(shí)，則一般可按泵輸出水時(shí)額定流量的30（最小流量）時(shí)的軸功率來(lái)核算，按最大的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)，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(jìn)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(guò)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(jìn)口處的最小吸入壓力kPaA；(一般由汽蝕試驗(yàn)測(cè)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(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 第 3 頁(yè) 共 8 頁(yè) 為保證泵操作時(shí)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(jì)、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(diǎn)。與泵送流量的關(guān)系以曲線(xiàn)圖表示。 注：如果沒(méi)有hm

8、in試驗(yàn)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(duì)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(yáng)程、允許汽蝕余量與功率均會(huì)改變,電機(jī)采用變頻時(shí)應(yīng)予以考慮。 6、最小流量：泵的流量減小時(shí)泵會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫升超過(guò)一定值時(shí)泵就可能出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象,并且流量減小泵的振動(dòng)與噪音均會(huì)增大（應(yīng)滿(mǎn)足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），最小流量取滿(mǎn)足兩項(xiàng)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(xiàn)，流量由限流孔板或截止閥控制，具體值由廠家提供，或通過(guò)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(guò)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(yáng)程 m液柱； Cp：輸送溫度下的液體比熱 kcal/kg. 通過(guò)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(xiàn)上查出相應(yīng)的溫度t2; (3)、允許溫升ta=t2-t1，且ta>t (4)、計(jì)算最小流量下的泵效率： Ho/（427*ta* Cp+ Ho） Ho：泵的關(guān)閉揚(yáng)程 m液柱； t1：泵入口介質(zhì)溫度 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 第 4 頁(yè) 共 8 頁(yè) 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(shí)，泵的性能參數(shù)中的揚(yáng)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(shí)，泵的流量減小、揚(yáng)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(shí)，H gs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時(shí)，H gs為負(fù)值.) 泵的實(shí)際安裝高度依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，并考慮裝置設(shè)備布置條件來(lái)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(duì)塔低泵、循環(huán)泵、凝結(jié)水泵等介質(zhì)處于泡點(diǎn)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(shí)，H gs為正值 ；液面高于泵中心（灌注）時(shí)，H gs為負(fù)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(diǎn)（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(guò)高的造成的不經(jīng)濟(jì)。 b、降低泵的轉(zhuǎn)速，這種措施只能在泵的揚(yáng)程與流量滿(mǎn)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(mén)、彎頭，盡可能減小入口管路系統(tǒng)的阻力損失。 e、對(duì)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(jìn)泵前返回入口側(cè)設(shè)備。 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 第 5 頁(yè) 共 8 頁(yè) 三、泵選用步驟： 1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1.1介質(zhì)名稱(chēng)、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(jìn)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(jìn)口和出口側(cè)設(shè)備液面至泵中心距離及管線(xiàn)當(dāng)量長(zhǎng)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(diǎn)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(jìn)出口管線(xiàn)經(jīng)濟(jì)流速與百米壓降的相關(guān)規(guī)定確定進(jìn)出口管線(xiàn)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(jìn)行相關(guān)水力學(xué)計(jì)算，初步確定泵的NPSHa與揚(yáng)程 4、依據(jù)流量、揚(yáng)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(hào)，并依據(jù)泵的必須汽蝕余量核對(duì)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(jì)算的NPSHa大于泵的允許汽蝕余量。這樣所設(shè)計(jì)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(méi)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(jì)算相關(guān)軸功率（主要是項(xiàng)目初期）。 6、依據(jù)相關(guān)要求向機(jī)泵專(zhuān)業(yè)提中間資料。 7、在機(jī)泵專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如NPSHa需作修改時(shí)，工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)還需依據(jù)廠家所提供的相關(guān)NPSHr 與流量的曲線(xiàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhuān)業(yè)。 8、為避免汽蝕的發(fā)生，訂貨后還應(yīng)依據(jù)泵的實(shí)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(jì)壓力。并完善泵的輔助P&ID圖，同時(shí)依據(jù)功率、冷卻水等提供公用工程消耗。 具體過(guò)程可參考下圖 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 離心泵工藝計(jì)算工作示意流程圖 水力學(xué)計(jì)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(hào) 效率 軸功率 功率 入口比轉(zhuǎn)速 (Nss) NPSHR 初定泵型號(hào)與驅(qū)動(dòng)機(jī)（離心泵） 機(jī)

17、泵設(shè)計(jì) 機(jī)泵專(zhuān)業(yè)與廠家共同完成泵設(shè)計(jì)r校核NPSH 校核性能曲線(xiàn) 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(xiàn)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(yè) 共 8 頁(yè) 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 第 7 頁(yè) 共 8 頁(yè) 四、水力學(xué)計(jì)算： 1、液體管道壓力降(摩擦損失)的計(jì)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(zhǎng) 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(duì)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(jìn)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(duì)粗糙度（mm） 管壁粗糙度對(duì)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(jì)算中，主要是摩擦系數(shù)的計(jì)算，影響較大的因素是管道粗糙度。 國(guó)外相關(guān)軟件計(jì)算管道壓降時(shí)通常采用碳鋼取 0.0435mm。 關(guān)于離心泵工藝計(jì)算的相關(guān)問(wèn)題(僅供參考) 2005.11.25 附（僅供參考）： 1、當(dāng)量長(zhǎng)度： 閥門(mén)、管件當(dāng)量長(zhǎng)度 名稱(chēng) Le/D 管件 45° 彎頭 短半徑 16 長(zhǎng)半徑(R=1.5 D) 8 90°彎頭 短半徑 22 長(zhǎng)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(mén) 截止閥 375 (Fully open) 角閥e 185 旋