炼化装置常见自吸泵特点及注意事项

王小鹏，高新懂，刘 昉

（中国寰球工程公司， 北京 100012）

炼化装置常见自吸泵特点及注意事项

王小鹏，高新懂，刘 昉

（中国寰球工程公司， 北京 100012）

目前市场上自吸泵种类繁多，为使工程设计人员能掌握各种泵型的特点，根据实际工作经验，按照工作原理的不同，把目前市场上常见的自吸泵分为六种，通过介绍这六种自吸式泵的工作原理，明确了各种泵型的优缺点；另外，阐述了工程设计阶段选择和布置自吸泵应注意的几个事项，供工程设计人员参考使用。

自吸泵； 工作原理； 优缺点；注意事项

在炼化装置中经常碰到需要将水池或地下罐中的液体输送到地面或更高处的工况,通常可以选择长轴液下泵、潜水泵或自吸式离心泵（以下简称自吸泵）。长轴液下泵制造成本相对较高，轴系较长使得每次检维修时都需要用吊车起吊，而且如果加工有缺陷或使用不当的话可能酿成事故[1]；如果选用潜水泵，在炼化装置中通常要选择防爆潜水泵，目前国内能生产防爆潜水泵的厂家较少，而且潜水泵长期浸泡的液体中，虽然会配置必要的泄漏检测装置，但仍然不便于及时发现机械方面的磨损。而自吸泵安装在地面上，便于检维修，且整体造价不高，在吸上高度及汽蚀余量满足工艺要求的前提下，在炼化装置中有较广泛的应用。

目前市场上自吸泵种类繁多[2]，如何能够选择最适合项目要求的自吸泵，是工程设计人员必须要研究的问题。

笔者根据多年的工作经验，按工作原理不同，将炼化装置中常见的自吸泵分为六种基本类型，下面将分别介绍其工作原理，分析其优缺点，并给出工程设计阶段选择和安装自吸泵应注意的几个事项。

1 炼化装置常见自吸泵工作原理及其优缺点分析

1.1 无密封自吸泵

如图1所示，该泵因外形很像茶壶，故又常被称作“大茶壶”型自吸泵。在泵壳内设有储液室和气液分离室,启动前将泵体及其下方的储液室内灌满介质, 启动后通过叶轮不断地将气液混输进分离室，使其分离，分离的液体通过回流孔回到储液室,直至将入口管线中空气抽走,达到吸上介质的目的。停泵时，入口电磁阀自动关闭，防止泵体内液体因虹吸作用倒流回入口管线，造成泵体内储液不足，影响再次启动。

该泵型优点是结构简单、体积小、重量轻；泵组的整体造价不高，可供选择的生产厂家较多；工作时利用副叶轮防止泄漏，无需机械密封。缺点在于介质中存在杂质时易造成回流孔堵塞，影响自吸性能，甚至造成自吸失效；由于副叶轮和回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地区也只能达到5 m左右，不能满足较深水池的吸水要求；入口电磁阀一旦失效将使介质虹吸倒流，泵内存液不足，无法再次自吸；停运时，副叶轮不能再起到密封作用，造成挥发性气体泄漏；出口止回阀一旦损坏，停泵时回液，致使泵腔内水位过高，从轴封处泄漏。

图1 无密封自吸泵示意图Fig. 1 Sketch of sealless self-priming pump

针对该泵型的如上缺点，很多厂商已提出了改进型产品[3,4]，各家产品不尽相同，此处不再一一赘述。

1.2 内回流自吸泵（又称气液混合式自吸泵）

如图2所示，该泵外形与普通OH2型离心泵相比，多了一个“大肚子”，故又常被称作“大肚子”型自吸泵。在泵体内设有气液分离室,启动前将泵灌满介质，启动后通过叶轮不断地气液混输、分离和回流，将泵吸入管空间抽真空，达到吸上介质的目的。

图2 内回流自吸泵示意图Fig. 2 Sketch of internal backflow self-priming pump

该泵型优点是结构简单，造价不高，可供选择的生产厂家较多。缺点在于介质中存在杂质时易造成回流孔堵塞，影响自吸性能，甚至造成自吸失效；由于回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地区也只能达到5 m左右，不能满足较深水池的吸水要求。

1.3 气液混输同步排吸泵

如图3所示，气液混输同步排吸泵利用独特的射流自吸装置（吸入端的气液混输罐），工作时对吸入管路及泵腔内的空气和流体进行连续的分离及压缩，将流体提升上来并输送出去，从而完成吸水和扬水的功能。不同厂商在设计气液混输罐时细节略有不同，一般是厂商的专利设计，在与厂商进行技术澄清时应注意对比。

图3 气液混输同步排吸泵示意图Fig. 3 Sketch of gas-liquid synchronous transportation self-priming pump

该泵型优点是自吸时间短，俗称“开机即出水”；在平原地区，自吸高度可达8 m，能满足炼化装置中绝大多数工况的应用要求；自吸装置没有转动部件，故障率低，振动小。缺点在于在寒冷地区需考虑气液混输罐的保温伴热；当吸入管路直径较大时，气液混输罐的体积较大，占地面积较大(安装位置距离吸水池较远时，为避免气液混输罐体积过大，有些厂商的产品中气液混输罐可以与泵体分开，布置在更靠近水池处，中间用管线连接）。

1.4 一体式强自吸泵[5]

该泵型如图4所示，将离心泵轴稍微加长，靠自身泵轴上连接的偏心齿轮机构带动配置在轴承箱处的吸排气机构，用吸气管将吸排气机构和泵吸入管联通。启动主电机后，吸排气结构将吸入管及泵壳内气体排出，介质吸入到泵体，泵组自带的控制系统检测到介质吸上后，发出信号利用电磁离合器将吸排气机构与高速旋转的泵轴脱离，使其停止吸排气，调节出口管线阀门，泵正常运行。

图4 一体式强自吸泵示意图Fig. 4 Sketch of integral self-priming pump

该泵型优点是启动时不用灌水；自吸时间短，对于25～6 000 m3/h的流量，自吸时间约为15～200 s；在平原地区，自吸高度可达8 m，能满足炼化装置中绝大多数工况的应用要求；整体造价在强自吸类泵中相对较低。缺点在于排气机构采用齿轮离合，操作时会发生磨损；吸排气机构内的垫片一旦发生老化，将会漏气影响自吸；结构复杂，拆装维修不便；吸排气机构的检测元件若不灵敏，介质可能被吸入到吸排气机构，出现喷水现象；吸排气机构的排气不便收集，若含有有毒有害气体将污染大气。

1.5 透平同步排吸泵

该泵型也属于强自吸类泵的一种，是近些年推出的专利产品。如图5所示，在泵的吸入端配置由电机驱动的高速旋转的透平排气机，将吸入管及泵体中的空气在短时间内抽出形成真空，介质在大气压作用下吸入到泵体内，控制系统启动泵运行，同时停止透平排气机。

图5 透平同步排吸泵示意图Fig.5 Sketch of turbine synch type self-priming pump

该泵型优点是泵启动时不用灌水；在平原地区，自吸高度可达8米，能满足炼化装置中绝大多数工况的应用要求；立式泵停机后，吸入管及泵腔内无残留介质，无需对泵及吸入管路采取保温措施，适合于冬季特别是高寒地区无保温工况下安装使用；缺点在于虽然透平排气机叶轮与壳体采用铝合金制造，不会产生火花，但透平机高速旋转，与排出气体摩擦发热，其应用在有易燃易爆气体工况的安全性还有待进一步论证；检测元件如果失效，液体吸入透平机可能造成透平排气机损坏；透平排气机结构复杂，维修成本较高。

1.6 自吸机式自吸泵

如图6所示，该泵型也属于强自吸类泵的一种，也是近年来推出的专利新产品。在离心泵的吸入端配置了自吸机，自吸机采用隔膜往复运动原理，接通电源后，自吸机首先开始运行，将入口管和泵腔瞬间抽成真空，介质在大气压作用下进入泵腔，控制柜控制自吸机自动停止工作，泵自动启动安全运行，并可进行远程控制操作。

图6 自吸机式自吸泵示意图Fig. 6 Sketch of pump with self-priming machine

该泵型的优点是泵启动时不用灌水；自吸时间短，一般只有几十秒；平原地区自吸高度可达8米；自吸机是独立机构，可单独维修和更换；自吸机抽真空时所排放的气体可以通过管路排到安全位置，安全环保。缺点在于整体造价偏高；对大功率的泵，高压控制柜不能由泵厂商直接供货。

2 工程设计阶段应注意事项

在工程设计过程中，了解自吸泵本身的工作原理和优缺点可以选到适合的泵型［6］，但除了自吸泵本体，其它方面的影响因素也需充分考虑，下面简要阐述几个比较重要的事项。

2.1 大气压

根据公式(1)[7]可知大气压力是影响自吸高度的一个重要参数。在与厂商进行技术澄清时一定要提醒厂商根据当地的大气压（尤其是高原地区）核算对自吸高度的影响，以笔者经历的不同项目为例，四川某地区大气为94.75 kPa(A)，陕西某地区大气压为87 kPa(A)，云南某地区大气压为81.5 kPa(A)，可见在不同地区单是大气压的差别就能使同一台泵的吸上高度相差1 m多，最大甚至到2 m多，故在讨论泵自吸高度时，一定要注意不同项目大气压的影响。

式中: H-泵的允许安装高度，m；

P0-大气压或液体表面上方气压，Pa；

ρ-液体密度，kg/m3;

g-重力加速度，m/s2;

pv-操作温度下液体的饱和蒸汽压，Pa；

NPSHR-泵的允许汽蚀余量，m；

Hf-系统阻力降，m。

2.2 管路布置

吸入管路的直径要合理，直径越大需要的自吸时间越长，直径太小阻力降变大，使装置NPSHA值变小，不利于泵选择。管路长度应尽量短而直，尽量减少弯头和附件，当泵位置距离吸水池较远时，应将管路布置示意图发给厂商。泵的管路应有自己的支架，以保证管路施加在泵上的力和力矩在许可的范围内。吸入管路严禁漏气，排出管路应设有止回阀。吸入管口距水池地面的距离一般不小于 500 mm，以减少吸入池底杂物的可能，当设置入口过滤器时，过滤器应便于清洗和更换。

2.3 轴封选择

自吸泵轴封及密封冲洗方案的选择和普通离心泵基本一致，这里要强调的是如果选择填料密封，则要注意填料处可能漏气而影响自吸性能。另外，填料密封本身需要介质润滑，正常运行时会有微量泄漏，考虑到炼化项目对环保要求越来越高，笔者还是推荐尽可能地选择机械密封，以减少泄漏，同时减小对自吸性能的影响。但是，机械密封在泵启动瞬间如果出现问题反而会成为了一个泄漏点，所以在选择机械密封时，要与泵厂家约定机械密封的供货商，选择质量可靠的产品。

2.4 备件选择

备件应根据所选自吸泵的型式来合理配置，过多造成浪费，过少则满足不了日常操作维护的需要。通常来说，对于内回流自吸泵、气液混输同步排吸泵、透平同步排吸泵、自吸机式自吸泵可以和普通离心泵一样选择备件，如O型圈、垫片、耐磨环、机械密封等。一体式强自吸泵，还要注意备用吸气管、阀片；对于无密封自吸泵，如果资金充足，可以考虑备用电磁阀，如果资金有限，可以按普通离心泵考虑备件。

3 结束语

本文根据多年的工作经验积累，介绍了炼化装置中目前常见的六种自吸泵的工作原理，分析了各种泵型的优缺点；另外，阐述了工程设计阶段选择和安装自吸泵过程中比较重要的几个事项，供广大设计人员参考使用。

［1］张国钊．立式长轴泵振动致污水池闪爆事故分析[J]. 化学工业与工程技术，2012，33(6)：50-53．

［2］刘希英．浅析各种类自吸泵比较[J]. 化工管理，2013(8)：45．

［3］陈祥云．立式自吸泵的结构分析与改进设计[J]. 水泵技术，2007(4)：45-46．

［4］吴波，刘冬桂. 垂直吸水无泄漏立式自吸泵的设计开发[J]. 流体机械，2008，36(11)：38-40．

［5］蒋利军，刘意平．一种新型强自吸泵在循环水场的应用[J]. 流体机械，2004，32(6)：27-29．

［6］李铁军. 泵类设备的管道设计及常见问题分析［J］. 当代化工，2014，43（8）：1532-1535.

［7］姚玉英．化工原理[M]. 天津：天津大学出版社，1998： 100-101．

Characteristics of Common Self-priming Pumps in Petrochemical Units and Attentions About Selection and Layout of Self-priming Pumps

WANG Xiao-peng， GAO Xin-dong， LIU Fang
( China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation, Beijing 100012, China）

Types of self-priming pumps are various in the market. In order to make the engineering designer know characteristics of different self-priming pumps, self-priming pumps were divides into six types based on the working principles, and advantage and disadvantage of different types of self-priming pumps were also analyzed. Besides, some important engineering issues about selection and arrangement of self-priming pumps in engineering design were discussed.

Self-priming pump; Working principle; Advantage and disadvantage; Engineering issues

TE 624

A

1671-0460（2014）12-2566-04

2014-09-08

王小鹏（1982-），男，山东烟台人，工程师，硕士，2008年毕业于山东大学化工过程机械专业，研究方向：主要从事石油化工行业转动设备的工程设计和研究工作。E-mail：wxp2610447@163.com。