《化工石油的儲存運輸的泵選型和計算手冊》

上海意嘉泵業制造有限公司是一家專業設計、開發、制造和銷售通用流體設備的股份制企業，公司堅持“平等互利、共同發展”的經營方針，秉承“以質量求生存、以誠信占市場、以科技求效益、以品牌促發展”的經營理念來勉勵自己。產品嚴格按照ISO9001標準進行生產，廣泛用應于環保、給排水、建筑、石油、化工、醫藥、電力等領域，深得用戶的好評。產品涵蓋管道泵、計量泵、排污泵、潛水泵、螺桿泵、自吸泵、多級泵、磁力泵、離心泵、隔膜泵、化工泵、齒輪油泵、衛生泵、真空泵、消防泵、深井泵等系列。上海意嘉泵業產品素以工藝精湛、性能穩定可靠、質量優良享譽國內外市場，在石油、化工、電力、市政、水利、建筑、環保、冶金、食品、醫藥等行業樹立了良好的口碑和品牌知名度。

在石油及天然氣的儲運工作中，離不開管道、儲罐、泵。管道是輸送工具，儲罐是儲存設備，而泵是連接管道和儲罐的輸送動力。任何一個煉廠或油庫都離不開泵，作為一個化工設計工作者，在進行設計工作的時候不可避免的會遇到泵的選型問題，如何合理的對泵進行選型是設計工作中的一個重要部分。本文將結合某項目中的實際數據闡述了泵選型的初步計算，從而滿足整體的工藝設計。
 
1 影響泵選型的基本參數

1.1  儲運用泵的類型選擇
煉油廠、石油化工廠和油庫的液體原料、成品油和副產物料儲運系統中，物料的操作溫度一般都在100℃以下。輸轉物料用泵一般為間斷操作，一泵多用，備用泵少；一般要求泵的吸入口為水平方向。對于輸送易凝物料的泵要求有防凝措施。
1）裝卸用泵，一般要求流量大，揚程低。對于沿海裝卸油輪用泵其流量可達1000至3000m³/h。一般選用單級離心泵，尤其是管道泵用的比較普遍。物料粘度較大時，例如燃料油或減壓塔底油。只要其效率粘度換算系數不小于0.7時，仍可選用離心泵，否則可選用螺桿泵或往復泵。
2）物料調合用泵，一般多用大流量低揚程的單級離心泵或管道泵。
3）物料輸轉用泵，多用流量較大、揚程適中的離心泵。廠區之間輸轉用泵常為揚程較高的多級離心泵。
4）儲罐區抽送底油或清罐用泵一般用電動往復泵或蒸汽往復泵。
5）化學藥劑如液堿、硫酸等一般用耐腐蝕離心泵。
6）潤滑油多用離心泵或螺桿泵。
7）鐵路洗罐站抽吸底油、熱水采用水環式真空泵；油罐車上卸一般采用潛油泵。
在選擇合適的泵之前，首先要根據介質的性質和現場條件等因素確定需要的泵類型，以方便進行下一步設計工作。

1.2 流量參數
泵的流量是指單位時間內泵排出口所輸出的液體量。泵制造廠用實測數據繪制的流量—揚程（Q—H）曲線，用以表示Q—H的變化關系。
在考慮流量因素時，應綜合考慮業主的油品周轉量需求和管徑及經濟流速等因素。如在設計裝車泵考慮流量因素時，應根據裝車鶴位的裝車流量來選定泵的流量，使泵在額定的工作范圍內運動，以獲得最經濟、最合理的使用效果；在技改項目中，往往管道已定不做改動，需要更換泵，如在這種情況下想提高流量需綜合考慮在已有管徑下介質能否達到經濟流速。

1.3 流量參數
泵的揚程是指單位重量液體通過泵所獲得的能量增值。泵樣本或銘牌上給出的泵揚程是以水為基準測試得出的。對離心泵來說，在任何條件下，恒轉速下泵的揚程與液體的密度無關。而壓力增值與密度有關。
泵的揚程H可用能量平衡方程（伯努利方程）確定，方程如下： 

 
在選用泵的揚程時，根據伯努利方程可計算出泵所需要的揚程，結合泵廠家樣本可選擇合適的揚程，從而滿足工藝管道的需求

1.4 汽蝕余量因素
在選擇泵時，要考慮汽蝕余量的因素。
1）汽蝕現象：泵第一級葉輪進口處的壓力低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，液體開始氣化，同時還可能有溶解在液體內的氣體從液體中逸出，形成大量小氣泡（空化）。當這些小氣泡隨液體流到葉輪流道內壓力高于臨界值的區域時，小氣泡就會重新凝結、潰滅。這時周圍的液體就以極高的速度向空化點沖來，液體質點互相撞擊形成局部水力沖擊。這種水力沖擊速度很快，頻率達每秒鐘數千、甚至幾萬次，使葉輪金屬表面很快因疲勞而剝蝕。這種氣化和凝結過程中產生對泵的沖蝕、振動和使泵性能下降的現象，稱之為氣蝕現象。
2）氣蝕余量（NPSH）：又稱凈正吸入頭，指泵進口處單位重量液體所具有的超過氣化壓力的富余能量，即泵進口處的壓力（絕壓）減液體汽化壓力（絕壓）。
3）泵必需氣蝕余量（NPSH)r：是指泵進口處所必需具有的超過液體氣化壓力的能量；是指泵工作時不產生氣蝕現象所必需具有的富余能量；是泵本身具有的一種特性，由泵制造廠通過試驗測定。
影響（NPSH)r大小的主要因素是泵的結構，如吸入室與葉輪進口的幾何形狀，以及泵的轉速和流量等，而與吸入管道系統無關。所以（NPSH)r的大小，一定程度上是一臺泵本身抗氣蝕性能的標志，也是離心泵的一個重要性能參數。
4）有效氣蝕余量（NPSH)a：是進口側系統提供給泵進口處超過液體氣化壓力的能量。它的大小與泵系統的操作條件有關，而與泵本身的結構尺寸無關，故也稱為泵系統的有效氣蝕余量。為了使泵能正常操作而不產生氣蝕，必需使（NPSH)a值大于(NPSH)r值。有效氣蝕余量（NPSH)a可用下式表示：

 

 

2.選型實例
2.1 泵類型的選擇
例如，原油、燃料油泵房中的油品為高粘度油品，運動粘度為500mPa.s，泵房中的已有泵全部為離心泵，在對工藝流程進行改造時，需要增加4臺泵以滿足工藝需求，考慮到油品特性和雙螺桿泵具有自吸能力強、低噪音、無脈動、對介質無乳化剪切作用和高效率的特點，新增4臺泵全部為雙螺桿泵。

2.2 流量參數的計算
以某產品質量升級項目乙醇汽油調和設施單元為例，對三個汽油裝車鶴位進行改造，新增乙醇線，接入上述三個汽油裝車鶴位上，將乙醇與汽油按1:10的比例混合后進行裝車。在確定新增泵的流量時，參考汽油裝車泵的流量為85m3/h，按照1:10的體積比混合，乙醇裝車泵的流量應為8.5m3/h，在對照泵廠家樣本之后，最終選擇了額定流量為10 m3/h的離心泵，正常工作時開泵的流量為8.5m3/h。另外，在一些改造項目中，往往管道已定，在流速選擇中，要選擇合適的流量來盡量滿足推薦流速。表1為部分油品流體的推薦流速：

 

2.3. 揚程的計算
若已知原油、燃料油泵房的原油和燃料油經新增泵加壓后遠輸至10km外的煉廠的罐區，外輸管徑為DN400，取原油、燃料油的粘度為500mm2/s，流量已定為500m3/h，取油品的密度約為900kg/m3，現求泵的揚程。可知Q=500m3/h≈0.139m3/s。所以：

因為長輸至地方煉廠庫區還需要預留0.2~0.3MPa的壓力，可得P≈1.4MPa，揚程H=1400000÷900÷9.8≈156m。從而滿足工藝需求。

2.4.汽蝕余量的計算
為避免發生氣蝕現象，必須使有效氣蝕余量大于必需氣蝕余量，必需氣蝕余量為泵本身特性，只與泵結構有關，所以在結合泵廠家樣本查得必需汽蝕余量之后，需對泵系統有效汽蝕余量進行計算，若不符合有效氣蝕余量大于必需氣蝕余量，則無法滿足工藝需求。
以原油、燃料油泵房新增管輸螺桿泵為實例，穩定原油的飽和蒸汽壓一般小于0.1MPa（小于當地大氣壓），經確認，取0.07MPa。燃料油飽和蒸汽壓取0.045MPa。從罐區沿程摩阻至泵入口當量長度取300m，泵入口管徑為DN450，計算得沿程摩阻約為2m。原油泵房中新增一臺高壓螺桿泵，必需汽蝕余量為3.5m，根據有效汽蝕余量的計算公式:

可得有效汽蝕余量均大于必需氣蝕余量，所以不會發生氣蝕現象，滿足要求。

 
3.總結
本文對泵的選型需要考慮的因素和基礎參數計算進行了分析，并較為系統的總結了泵的初步選型的步驟和方法。以實際項目的實例計算，對現場條件和已知數據進行分析和計算，最終結合廠家樣本和業主需求選擇泵的型號和參數，并完全符合工藝需求。

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