化工离心泵入口直管段设置的分析

张 雷

北京石油化工工程有限公司西安分公司 西安 710075

离心泵是指靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。工程项目选用泵型多为离心泵。离心泵型式有多种分类方式，以设计接触较多的类型举例：

(1)按内部结构分为：单吸泵，双吸泵(按叶轮吸入方式来分类)；单级泵，多级泵(按叶轮数目来分类)。上述泵从外观上无区别，出入口均为一个。

(2)按泵的进出口位置分为：侧进顶出型，侧进侧出型和顶进顶出型。

泵进口管道的压力降应满足工艺要求，且不应存在气袋，如难于避免，应在高点设放气阀。泵进口管道的其柔性分析应满足泵制造厂或API Std 610关于泵口受力的要求。[1]

1 泵入口直管段的要求

对于水平吸入的离心泵，在一些泵手册及相关规范中明确给出了泵入口直管段的长度要求，现就该设置具体分析对比。

1.1 相关手册对泵入口直管段的要求

《石油化工装置工艺管道安装设计手册》[2]侧面吸入的离心泵和第一个管件之间要有一段长度大于三倍管径的直管段，然后才能连接弯头。对于双吸离心泵，泵吸入口法兰前方应有7倍管径以上的直管段，以防止有弯头引起介质偏流。《工业泵选用手册》[3]中建议，为保证泵吸入口流体的轴对称性，距泵进口法兰面应有至少7倍进口管径的直管段，在此直管段内不得设置阀门、弯头、三通、软接头等管路附件。《工业泵设计选用安装与运行维护实用技术手册》[4]中建议，为了有一个最优的流动形式，避免对叶轮的干扰，要求吸入管在紧靠泵吸入法兰前的直线长度至少有8倍的管径(例如一个小曲率半径的弯管和T形接头之后)。长半径的弯管或者同心异径管之后，建议使用一个至少是3倍管径长的直段管。

1.2 相关标准对泵入口直管段的要求

《石油化工金属管道布置设计规范》SH3012[5]对离心泵入口直管段的描述。见表1。

表1 SH3012的2000版与2011版关于离心泵水平吸入口直管段设置对比

《风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275-2010[6]中4.1.5第7条：泵的吸入和排出管道的配管应符合设计规定；无规定时，应符合本规范附录C的规定；针对附录C中C.0.2第1)条：泵入口前的直管段长度不应小于入口直径的3倍。

2 水平吸入口的直管段的设置分析

化工装置中，水平吸入口的泵应用较为普遍，见图1。

图1 水平吸入泵入口配管

根据泵选型要求及管道流速要求，一般泵口口径较管道小1～2级，这必然会在泵口处管道增加异径管，上文手册中提出泵口与第一个管件至少有3倍管径的直管段，规范中也提出泵口与异径管至少有3倍管径的直管段，这主要是为防止泵入口流体在经过管件时产生偏流，保持层流进入，避免流体对泵的叶轮产生扰动，使泵的性能达到最优状态，同时延长泵的使用寿命。

同时，泵厂家会提供泵的管口受力范围，见图2。

图2 某厂家离心泵出入口许用荷载

从图2可以看出，泵吸入口及出口允许受力及力矩均较小，在应力计算时，为满足泵吸入口的受力要求，同样需在泵入口与异径管之间增加合适的直管段，增加管道柔性，以减小管道对泵口的受力。

3 顶进泵实例分析

与水平吸入口泵不同的是，顶进泵一般体积较大，泵的出入口管径也较大，按照手册及规范要求增设入口直管段，会占用较大泵顶空间，举例说明：在某10万吨/年1,4丁二醇(BDO)装置内，BDO精制单元中，4组塔底泵均为卧式离心泵(BB2)，叶轮双吸型，布置于框架下侧，配管见图3。

图3 顶进单级双吸泵入口配管

泵入口为垂直向上，高度为2 m左右，泵入口口径为DN500,入口管道管径为DN600，中间加法兰及异径管，后加弯头，高度达到5 m左右，且入口需增设过滤器及阀门，入口介质为1,4丁二醇，操作温度173℃，操作压力0.2 MPa(G)。

配管除满足操作检修外，仍需满足应力计算结果，满足泵口许用荷载范围。API610中提出的允许值相对较小，偏于保守，一般泵厂家提供的出入口许用荷载为API610中允许值的三倍，与CEASER II计算值对比见表2。

表2 泵入口允许最大应力与计算值对比

从表2可以看出，此泵入口配管形式满足泵口许用荷载。

如果再增设3D～5D直管段，即增加1.5 m～2.5 m的泵顶空间，框架及塔裙座均会相应增高，导致钢结构、设备及管道成本加高。综合考虑，取消泵入口直管段，通过试泵，泵运行良好，并未产生振动及其他问题，各项参数均符合泵厂家及工艺要求。

在某煤气化装置内，热回收单元中，锅炉给水泵为卧式(BB4)多级离心泵，泵入口配管形式为入口切断阀及过滤器沿地敷设，上翻后接入泵入口，见图4。

图4 顶进多级泵入口配管

由于泵入口管道存在气袋，故在入口处增加放空，泵入口与法兰、异径管、弯头直连，并无直管段，在冷水试车时，泵入口出现震动，现场修改方案为:在异径管与法兰之间增设3D直管段，单机试车时，仍然震动，现场再次修改，将法兰与异径管直连，异径管前加直管段，再次试车，震动消除。如果加5D或更长直管段，会增加泵入口管气袋高度，根据伯努利方程，势能增大，不利于泵入口液体吸入，故泵口直管段不宜过长。

4 结语

以上结合国内外泵手册及标准，简要对比分析了泵入口直管段要求,并举例分析了水平吸入及顶进泵的入口直管段设置及实际运行工况，水平吸入离心泵的进口法兰与偏心异径管(或弯头、三通、阀门等扰流元件)之间宜设置一段直管段。对于单吸泵的进口处，最好配置一段长度大于入口直径3倍的直管段。对于双吸泵的进口处，当吸入侧的第一个弯头是水平安装且弯头是长曲率半径的弯管时，在泵的吸入端和第一个弯头之间最好配置一段长度大于入口直径5倍的直管段；当吸入侧的第一个弯头是水平安装且弯头是短曲率半径的弯管时, 在泵的吸入端和第一个弯头之间最好配置一段长度大于入口直径8 倍的直管段。顶进双吸单级离心泵的进口法兰与偏心异径管(或弯头、三通、阀门等扰流元件)之间根据实际情况可不设直管段。顶进多级离心泵的进口法兰与同心异径管直连, 异径管与弯头之间宜配置长度大于入口直径3倍直管段。