减压精馏塔底出料泵安装高度的计算

史 航

减压精馏塔底出料泵安装高度的计算

史 航

（辽宁石化职业技术学院石油化工系，辽宁 锦州 121001）

汽蚀对泵的危害很大，防止泵的汽蚀不仅能提高设备的使用寿命，对降低生产运营费用也至关重要。本文以减压精馏塔底出料泵为例，介绍了泵允许安装高度的计算过程，保证塔内液面与泵进口高度差，避免塔底泵因发生汽蚀作用而损坏，又能保障生产装置的正常生产安全平稳运行。

减压塔；饱和蒸汽压；泵；允许安装高度

汽蚀又称空化，是液体的特殊物理现象［1］。泵在运行过程中，由于某些原因使泵内局部位置的压力降到液体在相应温度下的饱和蒸汽压力时，液体就开始汽化生成大量的气泡，汽泡随液体流向前运动，运动到压力较高部位时，迅速凝结、溃灭［2］。泵内液流中汽泡的生成、溃灭过程涉及到物理、化学现象，这种现象称为泵的汽蚀现象［3］。

离心泵在产生汽蚀条件下运转，泵体震动并发生噪声，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体［4］。为避免发生汽蚀，就应该设法是叶轮入口附近的压强低于输送温度下液体的饱和蒸气压。通常，根据泵的抗汽蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是防止发生汽蚀的有效措施。本文结合工程实例介绍了碳酸二甲酯联产丙二醇生产过程中，针对如何确定丙二醇减压精馏塔底泵的安装高度做了详细的分析与计算。

1 工艺流程简介

碳酸二甲酯采用酯交换生产工艺过程中，有附加值较高的丙二醇生成，反应方程式如图1［5］。

图1 碳酸二甲酯酯交换反应方程式

生成的丙二醇经过滤器过滤后，用输送泵输送到减压精馏塔中，塔顶出料为甲醇，塔底产品为1，2-丙二醇和碳酸丙烯酯，其中1，2-丙二醇占约97%，碳酸丙烯酯占约3%，塔底温度为约为161 ℃，塔内真空度为约为25 700 Pa。由于塔内为负压操作且物料温度较高，所以塔底输送泵的安装位置尤为重要，如果泵的安装高度过高，会产生汽蚀，不仅会损坏泵本身，还会影响整个生产过程的连续性，所以在设计过程中，根据物料衡算确定了塔底泵的型式后，合理地确定泵的安装高度，是防止发生汽蚀的有效措施。流程简图见图2［6］。

2 泵安装高度的计算

2.1 计算依据

以塔内的液面为基准面，列出塔液面0-0与泵入口1-1截面间的柏努利方程，得：

1/=0/-H-12/2-∑H(1)

为了避免汽蚀发生，液体经吸入管到达泵入口处所具有的压头（1/+12/2），不仅能液体推进叶轮入口，而且应大于液体在工作温度下的饱和蒸气压头P/，其差值为有效富余压头，常称为有效汽蚀余量△，单位为m(液柱)。表达式为:

△h= （1/+12/2）-P/(2)

由（1）与（2）求得:

H=0/-P/-△h-∑H(3)

随着泵的安装高度增高，有效汽蚀余量△将减小。当△减小到允许汽蚀余量△相等时，则开始发生汽蚀，此时的安装高度为最大允许安装高度，以gmax表示。将式(3)改写为:

gmax=0/-P/-△-∑H(4)

式中:0—塔内液面上方的压力，Pa;

P—液体在工作温度下的饱和蒸汽压，Pa;

△—允许汽蚀余量，m;

∑H—吸入管路的压头损失，m。

为了保证泵的安全操作，不发生汽蚀，泵的实际安装高度H必须低于或等于式（4）的计算值，即H≤Hmax。

2.2 计算过程

首先，需计算出该温度下的饱和蒸汽压，由于工程上的计算较为初略，混合物中含97%的丙二醇，可近似按纯丙二醇计算其饱和蒸汽压，所以，根据安托因方程，计算在输送液体温度下的饱和蒸汽压公式为：

lnP=-/(+)

其中：P—物质的蒸汽压，kPa；

— 绝对温度，K。

通过《有机化合物试验物性数据手册》［7］查得温度在△=318～461 K范围内=7.91179；=2554.9；=-28.611，塔底温度为161 ℃（434.15 K），符合此范围内，可以应用此数据进行计算：

lnP=-/(+)

=7.91179-2554.9/405.539

=1.6112

P=40.905 kPa=40 905 Pa

将P代入上述的离心泵最大允许安装高度计算式（4）Hmax=0/-P/-△-∑H

其中减压塔内操作压力为=25 700 Pa，混合物饱和蒸压取=40 905 Pa，从离心泵的性能表中可以查得△为3 m，吸入管路的全部压头损失约为1.5 m，混合物的密度可由《石油化工基础数据手册》［7］近似按丙二醇的密度为884 g/m3,代入上述公式得：

Hgmax=P0/ρg-Pv/ρg-△h-Hf

=25700/(884×9.81)-40905/(884×9.81)-3-1.5

=-6.22 m

通常为了安全起见，考虑泵安装高度的安全裕量，取-6.22-0.5=-6.72，所以，泵的安装高度为塔内液面高于泵入口处6.72 m。

3 结 论

经实际生产检验，泵运行效果良好，从而证明了泵安装高度较为合适。另外，当液体的输送温度较高或沸点较低时，由于液体的饱和蒸汽压较高，就要特别注意泵的安装高度。一般，生产过程中的工艺参数如操作温度、压力、流体的种类、流量在设计前就已确定，吸液管路的阻力直接影响泵的安装高度，在吸液管路中设置的弯头、阀门等管件越多，管路阻力越大，泵的入口压力越低。因此，尽量减少一些不必要的管件或尽可能的增大吸液管直径，减少管路阻力，也可以防止泵汽蚀产生。

［1］王华. 水泵汽蚀的产生、危害与预防[J]. 广东农村实用技术，2012，(9)：44.

［2］袁歧，刘延民，董洪鑫. 水泵汽蚀的危害及预防措施[J]. 水利天地2004 (5)：39.

［3］姜莉莉. 离心泵汽蚀现象及实例分析[J]. 化学工程与装备，2010，(4)：94-95.

［4］张启寿. 离心泵的汽蚀现象[J]. 安徽化工，2010 (1)：64-66.

［5］滕文彬. 提高酯交换法联产丙二醇产品质量及收率的研究[D]. 山东：中国石油大学(华东)，2010.

［6］杨晓宏. 碳酸二甲酯生产中碳化脱盐工艺优化的研究[J]. 当代化工，2011，40(9)：963-965.

［7］卢焕章 马沛生，等. 石油化工基础数据手册[M]. 北京：化学工业出版社，1982.

Calculation of the Installation Height of Discharge Pump at the Bottom of Decompression Distillation Column

(Liaoning Petrochemical College of Vocational Technology, Liaoning Jinzhou 121001, China)

Cavitation erosion can cause heavy damage to the pump; avoiding the cavitation damage not only can improve service life of pump, but also can reduce the production cost. In this paper,calculation process of theallowable installation height of pump was introduced with the discharge pump of decompression distillation column bottom as an example. The key point of the calculation method was put forward to determine the height difference between inlet height of pump and fluid level in distillation column in order to avoid cavitation damage of pump and insure the normal operation of the equipments.

decompression distillation column; saturated vapor pressure; pump; allowable installation height

2016-11-21

史航（1980-），男，讲师，硕士，辽宁省锦州市人，2008年毕业于沈阳化工学院化学工程专业，研究方向：精细化工。

TQ 052

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1004-0935（2017）01-0076-03