浅谈离心泵选型设计注意事项

王超

（中海油山东化学工程有限责任公司)

浅谈离心泵选型设计注意事项

王超*

（中海油山东化学工程有限责任公司)

在石化装置中，泵的选型设计将直接影响泵的后期运行质量。从询价技术文件编制以及投标技术文件审查两个方面介绍了离心泵在选型设计过程中需要注意的事项，并结合相关的实际工程案例进行了分析。

离心泵 石化装置 选型设计 工程案例 机械密封 技术文件

0 前言

在石油化工装置中，泵为整个工艺流程提供动力，因此泵能否安全、稳定、长周期运转，直接影响到整个装置的正常运行。泵的运行质量以及后期的运行维护状况，取决于在设计阶段泵的选型设计工作[1-2]。在石化装置中，离心泵的数量占泵总量的70%～80%，因此离心泵的选型设计十分关键和重要。

泵的选型设计工作一般由工程公司或设计院动设备工程师负责。本文从询价技术文件编制以及投标技术文件审查两个阶段对离心泵选型设计过程中需注意的问题进行探讨和分析，并结合相关工程案例进行说明。

1 离心泵选型设计注意事项

1.1 询价技术文件编制

离心泵的询价技术文件由动设备工程师负责编制，提出对装置所需泵设备的技术要求。询价技术文件一般由泵数据表、询价技术规格书以及相关技术附件组成，询价技术文件是否完整、合理、准确，将直接影响所采购的泵的质量以及采购进度。编制询价技术文件应注意以下几点。

（1）设计人员在编制询价技术文件时需认真审核工艺、电气等相关专业提交的条件，必要时与相关专业进行协调和修正。工艺系统专业提出泵扬程和流量等工艺条件后，应根据厂家或现有资料确定是否可以选择合适的泵，如果没有合适的泵型或者所选择的泵型不够经济合理，则需要与工艺专业进行沟通，修改工艺参数。

案例1，某项目中泵输送介质为碳酸二甲脂、硝酸、亚硝酸甲酯等，流量为700 m3/h，扬程为35 m，有效汽蚀余量NPSHa=2.9 m。

由于该泵输送的介质具有腐蚀性和毒性，因此初步所选泵型为屏蔽泵。与泵厂交流时了解到，由于泵流量较大，因而电机功率较大，且有效汽蚀余量（NPSHa）较小，不满足设计要求，不利于屏蔽泵连续稳定运行。经动设备工程师与工艺、配管专业协调，将单台泵改为两台泵并联，两台泵相同，流量均为350 m3/h，扬程为35 m。修改后泵的必须汽蚀余量NPSHr满足要求（要求做汽蚀余量试验），且单台泵的功率不大于48 kW，有利于屏蔽泵的长周期稳定运行。

案例2，某100万t/a乙烯工程罐区凝液泵，间歇工作，流量为3 m3/h，扬程为80.3 m，NPSHa为1.3 m，输送介质为凝液，汽化压力为75 kPa，介质密度为600 kg/m3。

如图1所示，该泵主要功能是输送凝液罐中存储的凝液。当凝液罐中液位达到一定高度后，启动凝液泵，凝液罐布置在地面以下，罐内压力为常压。动设备初步选型为自吸离心泵，但由于NPSHa较低，流量较小，查阅厂家和现有泵的资料，没有合适泵型。经与工艺系统专业沟通，罐区周围布置有低压氮气管线，可增加一条氮气管线至凝液罐，增加罐内压力，提高NPSHa，修改后的工艺流程如图2所示。修改后，NPSHa足够大，同时将泵的工作流量修改为10 m3/h，既能满足自吸泵NPSHa要求，又能确保泵高效稳定的工作。

图1 修改前工艺流程

（2）NPSHa与NPSHr基准不统一。一般工程公司或设计院在计算NPSHa时是以泵基础上表面为基准，未考虑泵中心线至泵底座下表面的距离。而对于卧式离心泵，API610规定NPSHr的基准为泵叶轮的中心线，若将NPSHa的计算基准改为泵叶轮中心线，将导致NPSHa减小。因此需要询价技术文件中明确NPSHa的计算基准，以引起供货商的注意，在选泵时考虑此差异[3]。

图2 修改后工艺流程

（3）当泵输送介质为有毒（如甲苯）或有腐蚀性的介质时，在综合考虑泵的操作工况以及现场条件的基础上，应优先选择无泄漏泵，如屏蔽泵和磁力驱动泵。

案例3，某硝酸卸料泵，操作流量为50 m3/h，扬程为25 m，NPSHa为5 m，介质为硝酸，饱和蒸汽压为2 kPa。

该泵用于硝酸卸车，在卸料后期，会产生抽真空的现象，若采用普通离心泵+机械密封，容易造成机械密封面干摩擦，从而影响泵的正常操作。而硝酸的泄漏又会造成场地腐蚀、污染环境，因此选择泵型为磁力泵，同时为避免抽空时轴承干摩擦，最终选择泵型为自吸式磁力泵。

（4）在询价文件中规定泵型、密封方案以及泵的材料时，应在询价文件中增加一条备注：“允许卖方提供更经济和更先进的技术方案（包括泵型、密封型式以及选材）。”这样有利于买方和设计人员进行比选[4]。

（5）编制的询价技术文件其内容一定要尽量全面、准确和详细，至少应包括询价技术规格书，数据表，公用工程规格，工艺流程图（PID），电气和仪表技术规格书等。询价数据表中要明确泵送介质的组分以及所含固相颗粒的粒度，这利于泵厂选择泵型和过流部件以及机封材料。当采用国外工艺包时，若无法完全准确理解工艺包中与泵相关的技术文件时，应将其一并放入询价技术文件中，这更有利于泵厂确定相应技术方案。

案例4，某项目15/5万t/a MTBE（甲基叔丁基醚）/丁烯-1装置中共有32台离心泵，设计人员在询价文件数据表中填写的密封冲洗为串联双密封Plan11+52。泵厂的报价密封方案为串联双密封Plan11+52，并未对该方案提出任何异议。在后期的中间资料确认阶段，设计人员发现需将密封方案Plan52放空管线连接至低压火炬，而该装置区只有高压火炬，火炬背压（0.2 MPa）较高，无法满足密封方案Plan52要求。查看询价文件，由于设计人员疏忽，公用工程文件采用整个项目公用工程规格，并未将低压火炬系统数据删除。

发现该问题后及时与厂家和业主沟通协商，考虑该装置中泵送介质均为轻烃，易挥发，最终将密封方案修改为干气密封Plan11+72+75，并且该密封方案已成功应用于其他项目MTBE装置，操作简单，易于维护。其中密封方案Plan72中自力式调节阀阀后压力调整为0.35～0.38 MPa，火炬背压满足要求。

1.2 投标技术文件审查[4]

动设备设计人员应以询价技术文件为基础，认真审查泵厂投标文件，包括偏离表、数据表、性能曲线、技术协议等，避免出现常见错误或缺陷，提高投标文件水平。审查时应注意以下几点：

(1)应接受泵厂提出的合理偏离。

例如为保护泵下游管线和设备，一般在询价文件中提出泵的关闭压力或关闭扬程不应超过额定点的120%，一些泵型无法满足该要求，对于这些泵关闭点的扬程或压力需经系统和管道专业确认。

(2)要对泵的工艺参数进行确认。

投标数据表一般是在询价数据表上进行完善，有时一些特殊泵型需厂家提供泵厂的数据表，对于该数据表需要对泵的工艺参数重新进行确认，防止泵的工艺参数出错。

(3)投标文件离心泵数据表中泵性能相关参数均来自泵的性能曲线，需要认真核对数据表中的数据与性能曲线是否一致，避免笔误造成摘抄错误。性能曲线应包括Q-NPSHr、Q-P、Q-η以及Q-H (包括最大叶轮、所选叶轮和最小叶轮)曲线。在性能曲线图上应明确标出泵正常和额定工况的纵线和横线。另外，应注意泵的性能曲线是否具有驼峰，避免出现不稳定工作点。

(4)要注意离心泵性能曲线的修正。

在询价文件中一般规定泵厂投标的性能曲线应换算成泵送介质的性能曲线，若泵厂投标曲线是以清水作为介质绘制的，应通知泵厂进行修正。必须注意：当泵送介质为烃类时NPSHr曲线不用修正。

当泵送介质黏度大于20 mm2/s或含有固体颗粒时，应要求泵厂对性能曲线进行修正，并提交黏性介质性能曲线和出厂验收清水性能曲线两张图。审查时应注意，两张图中额定点扬程不同，关死点扬程相同，否则泵的性能曲线不合格[2]。

(5)电机功率的选择既要经济合理，又要保证能满足泵各种工况的需求。

例如，当泵送介质（如轻烃）密度≤600 kg/m3时，电机若按照额定流量下的水试功率来选择，就会导致电机功率过大。可在询价文件中规定，“所选择的电机应能满足在50%额定流量或最小流量下现场水试要求，泵厂试验时应采用大功率电机（工厂电机）进行额定流量下清水试验”。

对于需要自启的泵，需在数据表中明确标出“需自启”。审查投标技术文件时，应注意所选电机功率要大于额定叶轮下泵的最大功率，以满足泵自启要求。

(6)确保NPSHa与NPSHr基准统一。

由于设计人员疏忽，询价数据表中经常未标注NPSHa的计算基准，这时需在数据表中增加NPSHa的计算基准“泵基础上表面”，并结合泵的外形尺寸将NPSHa与NPSHr的计算基准统一。基准统一之后，若NPSHa-NPSHr＜0.6 m，需告知泵厂更换泵型或提高NPSHa值。

(7)要注意泵及其辅助设备材料的选择。

当泵送介质温度或环境温度低于-20℃时，应采用耐低温材料（如低温碳钢或不锈钢）。另外，应注意一些烃类介质汽化压力较高，易出现闪蒸工况。虽然正常工作时温度并不低，但若操作失误，介质闪蒸，温度会迅速降至-20℃以下。因此，对于这类泵也应采用耐低温材料。

对于含有固体颗粒的介质，泵内过流部件应采用耐磨材料，如金属硬镍合金。

对于沿海建造的装置，装置界区内所用的冷却水一般是经处理过的海水，因此与冷却水接触的管线以及零件在选用材料时要提醒泵厂注意冷水中的氯离子含量。例如，某乙烯装置中冷却水氯离子含量为108 mg/kg，泵厂报价文件中Plan52密封罐和冷却盘管材料为304SS，无法保证冷却盘管的使用寿命，因此将冷却盘管的材料改为316SS。

(8)投标数据表中，应要求泵厂填写机械密封的分类编码（标准API682）。密封分类编码包括机械密封的类别、型式、布置以及冲洗方案等信息。有些泵厂仅在数据表中给出冲洗布置方案，这并不能全面准确地反映机械密封信息。对于泵厂给出的密封分类编码要认真审查。例如，泵的正常工作温度为200℃，而泵厂给出的密封为C2A2A1152，弹性元件为多弹簧旋转式，辅助密封元件为O形圈，这种密封结构的工作温度在176℃以下，明显不符合API682标准要求。

2 结语

本文是笔者结合自己的工作经验，从询价技术文件编制和投标技术文件审查两个方面简单介绍了石化装置中离心泵选型设计过程需要注意的问题，希望能给从事离心泵选型设计工作的设计人一定帮助。在实际离心泵选型工作中，应综合考虑操作工况、介质特性、项目经验、安全等因素，选出最经济合适的泵。

[1]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社，2010：5-10，127-142.

[2]梁秀芬.炼油装置机泵的选型与采购[J].工业技术科技咨询导报，2006，14:49.

[3]田爽.浅谈离心泵选型[J].化工设计，2015,25(1)：38-39.

[4]魏宗胜.化工泵采购全过程的经验和教训[J].泵工程师，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，硕士研究生，工程师。济南市，250101。