关于离心泵工艺计算的相关问题

1、关于离心泵工艺计算的相关问题 一、概要 离心泵是石油化工装置中的一种重要的流体输送设备之一。 按工艺流程中的作用可分为：原料泵（进料泵）、循环泵、回流泵、重沸器泵、成品泵、装车泵、废液泵、其他（供水、循环水、蒸汽锅炉给水泵、密封油泵等），选择合适的离心泵是很重要的。选择泵时除了要满足工艺要求外，还应具有操作平稳、运行费用低等要求。 二、泵的基本参数 泵的基本参数：流量、扬程、效率、转速、轴功率。允许汽蚀余量（或允许吸上真空高度）等，这些参数表示泵的性能，而泵在高效区运行时可获得最经济、最合理的使用效果。 1、流量：单位时间内泵排出的液体量由制造厂实测，与液轮直径、转速有关，成正比，流量一般有正

2、常、最小与最大，通常需综合考虑下面两个因素： a、装置的弹性及装置内各设备能力的协调平衡，装置弹性一般为 60110。 b、工艺过程影响流量变化。 选泵时通常直接采用最大流量。 离心泵的功率与NPSHr随流量增大而增大，因此离心泵开泵时是先关上出口阀，低负荷启动，时间不能太长，待出口压力升至工艺规定值并稳定后，再缓缓打开出口阀，注意电流的变化，不允许泵在超电流下工作，特别是介质比重小于水的泵在管道冲洗或水运是应予以注意。 2、扬程（压头）：单位重量液体通过泵所获得的能量（N.m/N，或米液柱），与液轮直径、转速有关。由制造厂用水做试验得出，在液体粘度不超过水的粘度时，恒定转速下的泵扬程与液体的

3、比重无关。同时，泵的扬程随着流量的减小而增高，最高为关闭扬程，一般离心泵流量扬程曲线较为平缓，在选泵时最好关闭扬程不要超过额定扬程的120。 工艺设计中扬程主要用于克服： a、两容器液面间的位差； b、两容器液面压力作用下的压头差； c、泵进出口管线、管件和设备的阻力损失； d、两端液体出口和进口的速度压头差（通常很小，可忽略不计）。 扬程可用柏努利方程来确定，即： H=10(Pvd-Pvs)/ + Hgd+Hgs+hLd+hLs+(Vd2- Vs2)/(2*g) H：扬程，m液柱； Pvd 、Pvs：排出侧、吸入侧容器液面压力 kPaA； Hgd：排出侧（最高）液面至泵中心几何高度 ，m液柱

4、； Hgs：吸入侧（最低）液面至泵中心几何高度 ，m液柱； (液面低于泵中心（吸上）时，Hgs为正值 ；液面高于泵中心（灌注）时，Hgs为负值.) 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 第 2 页 共 8 页 hLd、hLs：排出侧、吸入侧管系阻力，m液柱； Vd、Vs：排出侧、吸入侧介质流速，m/s； G ：重力加速度，9.8 m/s2； ：比重 确定扬程时，除了在考虑确定流量的相关因素外，还应考虑到工艺设计中管路系统（包括设备）压力降计算较复杂，泵的扬程应留有适当的余量，一般为正常需要扬程的1.05-1.1，当工艺过程中有结焦（加热炉等）等增大管路压降的因素时应特

5、殊考虑。 3、功率和效率（由制造厂定，程序只作初步估计） 有效功率：泵在单位时间内对液体所作的功； 轴功率：泵工作时驱动机传给泵（轴）的功率； Ne=QH/367 N=QH/(367*) =m*v*HQ：在输送条件下的泵的体积流量，m3/hr Ne：有效功率kw N：轴功率 kw ：效率（m：泵的机械效率。v：泵的容积效率H：泵的水力效率） mvH大流量泵 0.95-0.98 0.95-0.98 0.90-0.95 小流量低压泵 0.90-0.95 0.90-0.95 0.85-0.90 小流量高压泵 0.85-0.90 0.85-0.90 0.80-0.85 泵在最高效率点工况下运行是最理想

6、的，但由于用户要求性能千差万别，要是每个用户都在最高效率点运行，泵的规格将会很多，一般规定在效率下降5-8作为泵的工作范围。 通常离心泵的驱动机功率应依据液体输送条件下的轴功率定。当介质比重小于水，如需考虑水冲洗与试运时，则一般可按泵输出水时额定流量的30（最小流量）时的轴功率来核算，按最大的选择驱动机，具体要求需具体定。 4、泵所允许汽蚀余量与允许吸上真空高度 由于泵入口处流速的大小与方向的改变，而使得泵内压力进一步降低而出现低于泵的入口压力的现象，为确保泵不发生汽蚀，泵入口处单位重量液体必须具有超过饱和蒸汽压的最小富余能量(即最小汽蚀余量（NPSHr）： hmin=10(Ps.min-Pv

7、)/ +Vs2/(2*g) hmin：最小汽蚀余量，m液柱； Ps.min：泵体进口处的最小吸入压力kPaA；(一般由汽蚀试验测出) Vs：吸入侧介质流速，m/s； Pv：输送温度下介质的饱和蒸汽压 kPaA； 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 第 3 页 共 8 页 为保证泵操作时不发生汽蚀，泵的允许汽蚀余量比泵的最小汽蚀余量大一些，裕量一般为0.3m: NPSHr hmin +0.3 总之，允许汽蚀余量由制造厂决定，它的大小取决于叶轮入口结构、叶轮的设计、泵送流量、转速与液体的性质（粘度），通常定义在额定工作点。与泵送流量的关系以曲线图表示。 注：如果没有hm

8、in试验数据，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：泵的转速，r/min； Q：输送温度下介质流量 m3/s(对双吸式除以2)； ns：比转速； ns：入口比转速； Kmin：汽蚀比转速，可按下表近似确定； 比转速ns50-70 70-80 80-150 150-200 汽蚀比转速Kmin600-700 800 800-1000 1000-1200 通常在离心泵的NPSHr在 1.5-5.2m（仅供参考） 允许吸上真空高度HS=10- NPSHr 5、转速n：转速改变，流

9、体状况基本不变，流量、扬程、允许汽蚀余量与功率均会改变,电机采用变频时应予以考虑。 6、最小流量：泵的流量减小时泵会发热，当温升超过一定值时泵就可能出现汽蚀现象,并且流量减小泵的振动与噪音均会增大（应满足有关标准），最小流量取满足两项要求的较大者。为防止泵出现以上情况，通常设最小流量线，流量由限流孔板或截止阀控制，具体值由厂家提供，或通过以下方法确定。 注：t(1-)*H/（427* Cp*）锅炉给水泵一般允许810，最大不超过12-15，一般88.5。 t：操作状态下的温升； ：操作状态下的泵效率 H：操作状态下的泵扬程 m液柱； Cp：输送温度下的液体比热 kcal/kg. 通过以下步骤确

10、定泵的最小流量： (1)、确定管路系统的有效汽蚀余量NPSHa (2)、先将泵入口条件下介质的蒸汽压加上有效汽蚀余量，得出Pv；然后在Pv在介质的饱和蒸汽压曲线上查出相应的温度t2; (3)、允许温升ta=t2-t1，且ta>t (4)、计算最小流量下的泵效率： Ho/（427*ta* Cp+ Ho） Ho：泵的关闭扬程 m液柱； t1：泵入口介质温度 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 第 4 页 共 8 页 7、介质特性影响： 7.1、比重：输送介质的比重与常温水的比重不同时，泵的性能参数中的扬程、流量、和效率不变，只有轴功率随介质的比重变化而增加。 7.

11、2、粘度：粘度增大时，泵的流量减小、扬程降低、轴功率增加、泵的效率降低、泵所需的允许汽蚀余量增大。 8、泵的几何安装高度 为确保泵不发生汽蚀现象，必须保证泵内最低压力处液体的压力高于该温度下液体的饱和蒸汽压，即泵的有效汽蚀余量（NPSHa）大于泵的允许汽蚀余量（NPSHr）。 8.1、泵的允许几何安装高度： Hgs=10(Pvs-Pv)/ HLS NPSHr (液面低于泵中心（吸上）时，H gs为正值 ；液面高于泵中心（灌注）时，H gs为负值.) 泵的实际安装高度依据以上计算结果，并考虑装置设备布置条件来确定，最终应使系统的有效汽蚀余量大于泵的允许汽蚀余量，即NPSHa > NPSHr

12、。通常考虑一定的余量，对塔低泵、循环泵、凝结水泵等介质处于泡点的泵有效汽蚀余量一般要大一些。 NPSHa10(Pvs-Pv)/ HLSHgs> NPSHr (液面低于泵中心（吸上）时，H gs为正值 ；液面高于泵中心（灌注）时，H gs为负值.) （1）、NPSHa（1+）*NPSHr 0.1-0.3，锅炉给水、凝结水0.5-0.8 （2）、NPSHaNPSHr+S 输送平衡液S0.6-1.0m 非平衡液S0.6m锅炉给水、凝结水、真空系统等可取2.1m（2-2.5m） 8.2、防止泵汽蚀的措施 a、依据装置的具体情况，尽可能将泵安装的低一点（也就是吸入侧液面尽可能高些），这是一种有效措

13、施，但避免构筑物过高的造成的不经济。 b、降低泵的转速，这种措施只能在泵的扬程与流量满足工艺要求的前提下采用。 c、采用双吸入式 d、加大入口管径、减少阀门、弯头，尽可能减小入口管路系统的阻力损失。 e、对常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体，为防止汽蚀，泵的入口通常设平衡管道，管道自泵的入口接至入口侧设备的气相段，并设置安全阀，使得气体能在进泵前返回入口侧设备。 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 第 5 页 共 8 页 三、泵选用步骤： 1、基础数据 1.1介质名称、输送条件下的比重、粘度、蒸汽压、腐蚀及毒性 1.2、介质含有固体颗粒：颗粒直径、含量 1.3、介质中

14、气体含量，（V），（离心泵的含气量极限为5v） 1.4、操作条件 a、温度 b、压力（进出口侧设备的压力，排除口侧设备的压力） kPag c、流量（正常、最小、最大）m3/hr 1.5、泵所在的位置 a、环境温度 b、海拔高度 m c、装置平竖面要求，进口和出口侧设备液面至泵中心距离及管线当量长度等，入口侧设备液面取最低液面，出口侧取管路的最高点与设备最高液面中的较大值。 2、依据BCD文件所提供的离心泵进出口管线经济流速与百米压降的相关规定确定进出口管线的相关管径。 3、依据初步的设备布置与管道布置的要求进行相关水力学计算，初步确定泵的NPSHa与扬程 4、依据流量、扬程等相关参数与要求，在

15、相关泵的样本上初步选定泵的型号，并依据泵的必须汽蚀余量核对泵的安装高度（在化工装置内，泵通常都安装在地面上，因而主要是确定出口侧设备的最低液面标高），直到程序所计算的NPSHa大于泵的允许汽蚀余量。这样所设计的泵NPSHa是比较合理的，可以有效避免同制造厂协商确认后的修改。如果没有样本可依据上面相关的公式初估，不很准确。 5、依据泵样本中所提供的效率可计算相关轴功率（主要是项目初期）。 6、依据相关要求向机泵专业提中间资料。 7、在机泵专业的设计过程中，如NPSHa需作修改时，工艺系统专业还需依据厂家所提供的相关NPSHr 与流量的曲线等数据进行离心泵的核算，如果布置设备布置或管径有变化则需通

16、知相关专业。 8、为避免汽蚀的发生，订货后还应依据泵的实际允许汽蚀余量核算。 9、拿到厂家泵资料后，还要依据泵的关闭压力校核泵出口设备、仪表及管道的设计压力。并完善泵的辅助P&ID图，同时依据功率、冷却水等提供公用工程消耗。 具体过程可参考下图 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 离心泵工艺计算工作示意流程图 水力学计算 PFD 压力 流量 设备布置图 压力降 NPSHA额定流量 入口压力 出口压力 压差 正常最大 最小管道 控制阀 其他设备等 比转速(ns)选择泵型号 效率 轴功率 功率 入口比转速 (Nss) NPSHR 初定泵型号与驱动机（离心泵） 机

17、泵设计 机泵专业与厂家共同完成泵设计r校核NPSH 校核性能曲线 最小流量、关闭压力等 提供最小流量 完善P&ID中归于泵的辅助管线等 完成公用工程消耗 泵数据表 转速 物理性质 第 6 页 共 8 页 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 第 7 页 共 8 页 四、水力学计算： 1、液体管道压力降(摩擦损失)的计算公式： P=3.923*10-5*f*(U2/(2*g)*(L/D)* P：管道压力降 MPa； F ：Fanning摩擦系数 U：管内流速 m/s； L：管长 m ：密度 kg/m3g：重力加速度 m/s2D：管内径 m 摩擦系数在层状态下只与

18、雷诺数有关，在湍流状态下与雷诺数、管壁的相对粗糙程度有关。 1）、层流（Re3000） f=16/Re Re=(DU/)*103：流体的粘度 mPa.s 2)、湍流。 摩擦系数可采用Colebrook公式进行试差法精确求出： 1/f 0.5=4*log10(/(3.71*D+1.26/(Re*f 0.5) ：管壁的绝对粗糙度（mm） 管壁粗糙度对管路压降的影响是很大的，通常不锈钢取0.0015mm，碳钢取 0.05mm 2、在管道压降的计算中，主要是摩擦系数的计算，影响较大的因素是管道粗糙度。 国外相关软件计算管道压降时通常采用碳钢取 0.0435mm。 关于离心泵工艺计算的相关问题(仅供参考) 2005.11.25 附（仅供参考）： 1、当量长度： 阀门、管件当量长度 名称 Le/D 管件 45° 弯头 短半径 16 长半径(R=1.5 D) 8 90°弯头 短半径 22 长半径(R=1.5 D) 14 90°弯头 R = 4D 14 R = 5D 16 三通 旁出 60 直流 20 阀门 截止阀 375 (Fully open) 角阀e 185 旋