煉化裝置常見自吸泵特點及注意事項

王小鵬，高新懂，劉 昉

（中國寰球工程公司， 北京 100012）

煉化裝置常見自吸泵特點及注意事項

王小鵬，高新懂，劉 昉

（中國寰球工程公司， 北京 100012）

目前市場上自吸泵種類繁多，為使工程設(shè)計人員能掌握各種泵型的特點，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，按照工作原理的不同，把目前市場上常見的自吸泵分為六種，通過介紹這六種自吸式泵的工作原理，明確了各種泵型的優(yōu)缺點；另外，闡述了工程設(shè)計階段選擇和布置自吸泵應(yīng)注意的幾個事項，供工程設(shè)計人員參考使用。

自吸泵； 工作原理； 優(yōu)缺點；注意事項

在煉化裝置中經(jīng)常碰到需要將水池或地下罐中的液體輸送到地面或更高處的工況,通常可以選擇長軸液下泵、潛水泵或自吸式離心泵（以下簡稱自吸泵）。長軸液下泵制造成本相對較高，軸系較長使得每次檢維修時都需要用吊車起吊，而且如果加工有缺陷或使用不當(dāng)?shù)脑捒赡茚劤墒鹿蔥1]；如果選用潛水泵，在煉化裝置中通常要選擇防爆潛水泵，目前國內(nèi)能生產(chǎn)防爆潛水泵的廠家較少，而且潛水泵長期浸泡的液體中，雖然會配置必要的泄漏檢測裝置，但仍然不便于及時發(fā)現(xiàn)機械方面的磨損。而自吸泵安裝在地面上，便于檢維修，且整體造價不高，在吸上高度及汽蝕余量滿足工藝要求的前提下，在煉化裝置中有較廣泛的應(yīng)用。

目前市場上自吸泵種類繁多[2]，如何能夠選擇最適合項目要求的自吸泵，是工程設(shè)計人員必須要研究的問題。

筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，按工作原理不同，將煉化裝置中常見的自吸泵分為六種基本類型，下面將分別介紹其工作原理，分析其優(yōu)缺點，并給出工程設(shè)計階段選擇和安裝自吸泵應(yīng)注意的幾個事項。

1 煉化裝置常見自吸泵工作原理及其優(yōu)缺點分析

1.1 無密封自吸泵

如圖1所示，該泵因外形很像茶壺，故又常被稱作“大茶壺”型自吸泵。在泵殼內(nèi)設(shè)有儲液室和氣液分離室,啟動前將泵體及其下方的儲液室內(nèi)灌滿介質(zhì), 啟動后通過葉輪不斷地將氣液混輸進(jìn)分離室，使其分離，分離的液體通過回流孔回到儲液室,直至將入口管線中空氣抽走,達(dá)到吸上介質(zhì)的目的。停泵時，入口電磁閥自動關(guān)閉，防止泵體內(nèi)液體因虹吸作用倒流回入口管線，造成泵體內(nèi)儲液不足，影響再次啟動。

該泵型優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕；泵組的整體造價不高，可供選擇的生產(chǎn)廠家較多；工作時利用副葉輪防止泄漏，無需機械密封。缺點在于介質(zhì)中存在雜質(zhì)時易造成回流孔堵塞，影響自吸性能，甚至造成自吸失效；由于副葉輪和回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地區(qū)也只能達(dá)到5 m左右，不能滿足較深水池的吸水要求；入口電磁閥一旦失效將使介質(zhì)虹吸倒流，泵內(nèi)存液不足，無法再次自吸；停運時，副葉輪不能再起到密封作用，造成揮發(fā)性氣體泄漏；出口止回閥一旦損壞，停泵時回液，致使泵腔內(nèi)水位過高，從軸封處泄漏。

圖1 無密封自吸泵示意圖Fig. 1 Sketch of sealless self-priming pump

針對該泵型的如上缺點，很多廠商已提出了改進(jìn)型產(chǎn)品[3,4]，各家產(chǎn)品不盡相同，此處不再一一贅述。

1.2 內(nèi)回流自吸泵（又稱氣液混合式自吸泵）

如圖2所示，該泵外形與普通OH2型離心泵相比，多了一個“大肚子”，故又常被稱作“大肚子”型自吸泵。在泵體內(nèi)設(shè)有氣液分離室,啟動前將泵灌滿介質(zhì)，啟動后通過葉輪不斷地氣液混輸、分離和回流，將泵吸入管空間抽真空，達(dá)到吸上介質(zhì)的目的。

圖2 內(nèi)回流自吸泵示意圖Fig. 2 Sketch of internal backflow self-priming pump

該泵型優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價不高，可供選擇的生產(chǎn)廠家較多。缺點在于介質(zhì)中存在雜質(zhì)時易造成回流孔堵塞，影響自吸性能，甚至造成自吸失效；由于回流孔的存在，使得效率偏低；自吸高度在平原地區(qū)也只能達(dá)到5 m左右，不能滿足較深水池的吸水要求。

1.3 氣液混輸同步排吸泵

如圖3所示，氣液混輸同步排吸泵利用獨特的射流自吸裝置（吸入端的氣液混輸罐），工作時對吸入管路及泵腔內(nèi)的空氣和流體進(jìn)行連續(xù)的分離及壓縮，將流體提升上來并輸送出去，從而完成吸水和揚水的功能。不同廠商在設(shè)計氣液混輸罐時細(xì)節(jié)略有不同，一般是廠商的專利設(shè)計，在與廠商進(jìn)行技術(shù)澄清時應(yīng)注意對比。

圖3 氣液混輸同步排吸泵示意圖Fig. 3 Sketch of gas-liquid synchronous transportation self-priming pump

該泵型優(yōu)點是自吸時間短，俗稱“開機即出水”；在平原地區(qū)，自吸高度可達(dá)8 m，能滿足煉化裝置中絕大多數(shù)工況的應(yīng)用要求；自吸裝置沒有轉(zhuǎn)動部件，故障率低，振動小。缺點在于在寒冷地區(qū)需考慮氣液混輸罐的保溫伴熱；當(dāng)吸入管路直徑較大時，氣液混輸罐的體積較大，占地面積較大(安裝位置距離吸水池較遠(yuǎn)時，為避免氣液混輸罐體積過大，有些廠商的產(chǎn)品中氣液混輸罐可以與泵體分開，布置在更靠近水池處，中間用管線連接）。

1.4 一體式強自吸泵[5]

該泵型如圖4所示，將離心泵軸稍微加長，靠自身泵軸上連接的偏心齒輪機構(gòu)帶動配置在軸承箱處的吸排氣機構(gòu)，用吸氣管將吸排氣機構(gòu)和泵吸入管聯(lián)通。啟動主電機后，吸排氣結(jié)構(gòu)將吸入管及泵殼內(nèi)氣體排出，介質(zhì)吸入到泵體，泵組自帶的控制系統(tǒng)檢測到介質(zhì)吸上后，發(fā)出信號利用電磁離合器將吸排氣機構(gòu)與高速旋轉(zhuǎn)的泵軸脫離，使其停止吸排氣，調(diào)節(jié)出口管線閥門，泵正常運行。

圖4 一體式強自吸泵示意圖Fig. 4 Sketch of integral self-priming pump

該泵型優(yōu)點是啟動時不用灌水；自吸時間短，對于25～6 000 m3/h的流量，自吸時間約為15～200 s；在平原地區(qū)，自吸高度可達(dá)8 m，能滿足煉化裝置中絕大多數(shù)工況的應(yīng)用要求；整體造價在強自吸類泵中相對較低。缺點在于排氣機構(gòu)采用齒輪離合，操作時會發(fā)生磨損；吸排氣機構(gòu)內(nèi)的墊片一旦發(fā)生老化，將會漏氣影響自吸；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆裝維修不便；吸排氣機構(gòu)的檢測元件若不靈敏，介質(zhì)可能被吸入到吸排氣機構(gòu)，出現(xiàn)噴水現(xiàn)象；吸排氣機構(gòu)的排氣不便收集，若含有有毒有害氣體將污染大氣。

1.5 透平同步排吸泵

該泵型也屬于強自吸類泵的一種，是近些年推出的專利產(chǎn)品。如圖5所示，在泵的吸入端配置由電機驅(qū)動的高速旋轉(zhuǎn)的透平排氣機，將吸入管及泵體中的空氣在短時間內(nèi)抽出形成真空，介質(zhì)在大氣壓作用下吸入到泵體內(nèi)，控制系統(tǒng)啟動泵運行，同時停止透平排氣機。

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

該泵型優(yōu)點是泵啟動時不用灌水；在平原地區(qū)，自吸高度可達(dá)8米，能滿足煉化裝置中絕大多數(shù)工況的應(yīng)用要求；立式泵停機后，吸入管及泵腔內(nèi)無殘留介質(zhì)，無需對泵及吸入管路采取保溫措施，適合于冬季特別是高寒地區(qū)無保溫工況下安裝使用；缺點在于雖然透平排氣機葉輪與殼體采用鋁合金制造，不會產(chǎn)生火花，但透平機高速旋轉(zhuǎn)，與排出氣體摩擦發(fā)熱，其應(yīng)用在有易燃易爆氣體工況的安全性還有待進(jìn)一步論證；檢測元件如果失效，液體吸入透平機可能造成透平排氣機損壞；透平排氣機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本較高。

1.6 自吸機式自吸泵

如圖6所示，該泵型也屬于強自吸類泵的一種，也是近年來推出的專利新產(chǎn)品。在離心泵的吸入端配置了自吸機，自吸機采用隔膜往復(fù)運動原理，接通電源后，自吸機首先開始運行，將入口管和泵腔瞬間抽成真空，介質(zhì)在大氣壓作用下進(jìn)入泵腔，控制柜控制自吸機自動停止工作，泵自動啟動安全運行，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。

圖6 自吸機式自吸泵示意圖Fig. 6 Sketch of pump with self-priming machine

該泵型的優(yōu)點是泵啟動時不用灌水；自吸時間短，一般只有幾十秒；平原地區(qū)自吸高度可達(dá)8米；自吸機是獨立機構(gòu)，可單獨維修和更換；自吸機抽真空時所排放的氣體可以通過管路排到安全位置，安全環(huán)保。缺點在于整體造價偏高；對大功率的泵，高壓控制柜不能由泵廠商直接供貨。

2 工程設(shè)計階段應(yīng)注意事項

在工程設(shè)計過程中，了解自吸泵本身的工作原理和優(yōu)缺點可以選到適合的泵型［6］，但除了自吸泵本體，其它方面的影響因素也需充分考慮，下面簡要闡述幾個比較重要的事項。

2.1 大氣壓

根據(jù)公式(1)[7]可知大氣壓力是影響自吸高度的一個重要參數(shù)。在與廠商進(jìn)行技術(shù)澄清時一定要提醒廠商根據(jù)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海ㄓ绕涫歉咴貐^(qū)）核算對自吸高度的影響，以筆者經(jīng)歷的不同項目為例，四川某地區(qū)大氣為94.75 kPa(A)，陜西某地區(qū)大氣壓為87 kPa(A)，云南某地區(qū)大氣壓為81.5 kPa(A)，可見在不同地區(qū)單是大氣壓的差別就能使同一臺泵的吸上高度相差1 m多，最大甚至到2 m多，故在討論泵自吸高度時，一定要注意不同項目大氣壓的影響。

式中: H-泵的允許安裝高度，m；

P0-大氣壓或液體表面上方氣壓，Pa；

ρ-液體密度，kg/m3;

g-重力加速度，m/s2;

pv-操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa；

NPSHR-泵的允許汽蝕余量，m；

Hf-系統(tǒng)阻力降，m。

2.2 管路布置

吸入管路的直徑要合理，直徑越大需要的自吸時間越長，直徑太小阻力降變大，使裝置NPSHA值變小，不利于泵選擇。管路長度應(yīng)盡量短而直，盡量減少彎頭和附件，當(dāng)泵位置距離吸水池較遠(yuǎn)時，應(yīng)將管路布置示意圖發(fā)給廠商。泵的管路應(yīng)有自己的支架，以保證管路施加在泵上的力和力矩在許可的范圍內(nèi)。吸入管路嚴(yán)禁漏氣，排出管路應(yīng)設(shè)有止回閥。吸入管口距水池地面的距離一般不小于 500 mm，以減少吸入池底雜物的可能，當(dāng)設(shè)置入口過濾器時，過濾器應(yīng)便于清洗和更換。

2.3 軸封選擇

自吸泵軸封及密封沖洗方案的選擇和普通離心泵基本一致，這里要強調(diào)的是如果選擇填料密封，則要注意填料處可能漏氣而影響自吸性能。另外，填料密封本身需要介質(zhì)潤滑，正常運行時會有微量泄漏，考慮到煉化項目對環(huán)保要求越來越高，筆者還是推薦盡可能地選擇機械密封，以減少泄漏，同時減小對自吸性能的影響。但是，機械密封在泵啟動瞬間如果出現(xiàn)問題反而會成為了一個泄漏點，所以在選擇機械密封時，要與泵廠家約定機械密封的供貨商，選擇質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。

2.4 備件選擇

備件應(yīng)根據(jù)所選自吸泵的型式來合理配置，過多造成浪費，過少則滿足不了日常操作維護(hù)的需要。通常來說，對于內(nèi)回流自吸泵、氣液混輸同步排吸泵、透平同步排吸泵、自吸機式自吸泵可以和普通離心泵一樣選擇備件，如O型圈、墊片、耐磨環(huán)、機械密封等。一體式強自吸泵，還要注意備用吸氣管、閥片；對于無密封自吸泵，如果資金充足，可以考慮備用電磁閥，如果資金有限，可以按普通離心泵考慮備件。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)多年的工作經(jīng)驗積累，介紹了煉化裝置中目前常見的六種自吸泵的工作原理，分析了各種泵型的優(yōu)缺點；另外，闡述了工程設(shè)計階段選擇和安裝自吸泵過程中比較重要的幾個事項，供廣大設(shè)計人員參考使用。

［1］張國釗．立式長軸泵振動致污水池閃爆事故分析[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2012，33(6)：50-53．

［2］劉希英．淺析各種類自吸泵比較[J]. 化工管理，2013(8)：45．

［3］陳祥云．立式自吸泵的結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)設(shè)計[J]. 水泵技術(shù)，2007(4)：45-46．

［4］吳波，劉冬桂. 垂直吸水無泄漏立式自吸泵的設(shè)計開發(fā)[J]. 流體機械，2008，36(11)：38-40．

［5］蔣利軍，劉意平．一種新型強自吸泵在循環(huán)水場的應(yīng)用[J]. 流體機械，2004，32(6)：27-29．

［6］李鐵軍. 泵類設(shè)備的管道設(shè)計及常見問題分析［J］. 當(dāng)代化工，2014，43（8）：1532-1535.

［7］姚玉英．化工原理[M]. 天津：天津大學(xué)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

王小鵬（1982-），男，山東煙臺人，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于山東大學(xué)化工過程機械專業(yè)，研究方向：主要從事石油化工行業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備的工程設(shè)計和研究工作。E-mail：wxp2610447@163.com。