淺談液化烴球罐區(qū)筒袋泵的應(yīng)用

曾力強(qiáng)，關(guān) 曉

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺談液化烴球罐區(qū)筒袋泵的應(yīng)用

曾力強(qiáng)，關(guān) 曉

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

本文通過對某項(xiàng)目液化烴球罐輸送泵汽蝕余量的計(jì)算，分析其選用筒袋泵的原因，并探討離心泵有效汽蝕余量(NPSHa)計(jì)算時(shí)基準(zhǔn)面的選取問題，給出筒袋泵計(jì)算時(shí)的建議方法，最后歸納總結(jié)了在液化烴球罐區(qū)采用立式筒袋泵輸送的優(yōu)勢。

立式筒袋泵；汽蝕余量；液化烴

近年來液化氣的開發(fā)和利用有了很大的發(fā)展，隨著需求量的增加，其配套儲運(yùn)設(shè)施也在向罐區(qū)大規(guī)模、單罐大容積、輸送大流量的方向發(fā)展，大流量輸送一般選擇離心泵。由于液化烴大部分是在常溫飽和狀態(tài)下儲存，選用離心泵所計(jì)算出的有效汽蝕余量一般都較低，選擇不適，容易造成離心泵汽蝕。本文將介紹一種汽蝕余量要求低，比較適用于此類介質(zhì)輸送的特殊離心泵—筒袋泵。以寧波某項(xiàng)目數(shù)據(jù)為依托，通過分析液化烴輸送泵汽蝕余量的計(jì)算方法來說明筒袋泵的優(yōu)越性。

寧波某項(xiàng)目以接收100萬t/a國產(chǎn)液化石油氣(LPG)和53萬t/a進(jìn)口丙烷入廠，其中國產(chǎn)LPG進(jìn)入氣分裝置，進(jìn)口丙烷進(jìn)入丙烷脫氫裝置。該項(xiàng)目配套罐區(qū)設(shè)置了大量液化烴儲罐，其中包括10臺6000 m3的LPG液化烴球罐，12臺3000 m3的丙烯球罐，5臺6000 m3的丙烷球罐，2臺2000 m3和1臺5000 m3的正丁烷球罐，4臺5000 m3的精制碳四球罐及2臺2000 m3的精制碳三球罐等其他一些液化烴球罐，其儲存液化烴不但量大，品種也很多，因此所用到泵的規(guī)格也很多。

1 普通離心泵汽蝕余量

在液化烴輸送泵有效汽蝕余量(NPSHa)的計(jì)算中，離心泵的NPSHa可按下式[1]計(jì)算：

(1)

式中：

NPSHa— 泵有效汽蝕余量，m；

P1—泵吸入側(cè)容器最低正常工作壓力，kPa；該項(xiàng)目中為球罐頂部液化烴飽和蒸汽壓，與Pv相同。

Pv—泵進(jìn)口條件下液體飽和蒸汽壓，kPa；

H1—從吸入液面到泵基礎(chǔ)頂面的垂直距離，灌注時(shí)H1取“+”，吸上時(shí)H1取“-”，m；該項(xiàng)目為灌注取正值，取低低液位到泵吸入口中心之間的垂直距離為H1。

ΔP1—從吸入容器出口至泵吸入口之間的正常流量下管道摩擦壓力降(包括管件、閥門等)，kPa；

ΔPe1—正常流量下泵吸入管道上設(shè)備壓力降之和(包括設(shè)備管口壓力降)，kPa；

γ —泵進(jìn)口條件下液體的相對密度；

K—泵流量安全系數(shù)，為泵的設(shè)計(jì)流量和正常流量之比。

把已有參數(shù)代入公式，計(jì)算得到NPSHa=2.2 m，根據(jù)HG/T 20570.5-95《泵的系統(tǒng)特性計(jì)算和設(shè)備相對安裝高度的確定》中的要求，為保證泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生氣蝕，必須使NPSHa>NPSHr，而一般情況下至少要大0.3 m，對于有些輸送條件(如輸送近似沸點(diǎn)的液體)則應(yīng)NPSHa>1.3NPSHr[1]。考慮液化烴輸送泵安全余量為0.6 m，則NPSHr=NPSHa-0.6=1.6 m，普通離心泵不可能滿足要求，泵會產(chǎn)生汽蝕。若要提高泵NPSHa，從公式1可以看出：①提高P1可增加NPSHa，若向儲罐中充入氮?dú)饪梢栽黾覲1，但是氮?dú)饬粼诠迌?nèi)易使球罐超壓，因此需要經(jīng)常放壓，放壓時(shí)會帶走部分液化氣，長期操作也會產(chǎn)生大量浪費(fèi)；②提高H1可增加NPSHa，若提高球罐高度可提高H1，相應(yīng)的項(xiàng)目投資則會大量增加，若降低泵高度，則液化烴泄露容易發(fā)生積聚，增加泵房的危險(xiǎn)性；③降低ΔP1和ΔPe1可增加NPSHa，盡量縮短儲罐同泵房之間的距離以及減少彎頭閥門的使用數(shù)量可減少ΔP1，球罐同泵房之間的距離按GB-50160有最低要求，因此ΔP1的變化量也很小，ΔPe1基本上是固定的，可見ΔP1+ΔPe1的降低范圍有限。因此以上三種方法均不可取，該項(xiàng)目液化烴球罐輸送泵所選用的是立式懸吊式雙殼體導(dǎo)流殼式泵，即通常所說的立式筒袋泵，為API 610中的VS6型泵[2]，其NPSHr要求低，可以滿足項(xiàng)目要求。

在泵廠家所提供的泵數(shù)據(jù)表中，必需汽蝕余量NPSHr=3.2 m，要高于計(jì)算所要求的NPSHr=1.6 m，而泵又能滿足設(shè)計(jì)要求，解決這個(gè)疑問的前提是先明確泵發(fā)生汽蝕的位置，在對普通臥式離心泵和立式筒袋泵的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行仔細(xì)對照及參考一些文獻(xiàn)[3-4]后，發(fā)現(xiàn)了泵有效汽蝕余量不同的原因。

離心泵在運(yùn)行過程中，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動葉片間的液體一道旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣，動能也隨之增加。與此同時(shí)，葉輪中心處由于液體被甩出而形成一定的真空，而液面處的壓強(qiáng)比葉輪中心處要高，因此，吸入管路的液體在壓差作用下進(jìn)入泵內(nèi)。葉輪不停旋轉(zhuǎn)，液體也連續(xù)不斷的被吸入和壓出。當(dāng)離心泵葉輪入口處的液體壓力降至輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體就汽化，繼而發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。汽蝕過程的不穩(wěn)定，引起泵發(fā)生振動和噪音，以及流量、揚(yáng)程的降低，效率下降，嚴(yán)重時(shí)不能正常工作。當(dāng)NPSHa=NPSHr時(shí)，泵開始汽蝕，而汽蝕的位置位于泵葉輪處，因此計(jì)算汽蝕余量的基準(zhǔn)面應(yīng)為泵首級葉輪處。

圖1 普通離心泵

離心泵汽蝕余量值的計(jì)算應(yīng)以葉輪中心位置作為計(jì)算基準(zhǔn)高度。在離心泵的汽蝕余量計(jì)算中，按照公式1，我們通常取泵吸入口中心高作為計(jì)算的基準(zhǔn)面，圖1為普通臥式離心泵，其葉輪中心剛好同泵吸入口在同一水平面上，這樣計(jì)算出的NPSHr同廠家給的NPSHr在同一基準(zhǔn)面上，因此可以直接進(jìn)行對比而無偏差。

2 筒袋泵汽蝕余量

圖2為筒袋泵的結(jié)構(gòu)圖，泵的首級葉輪在筒袋里，位于地面下，取泵吸入口中心作為汽蝕余量基準(zhǔn)面，采用上文的公式計(jì)算NPSHa將不準(zhǔn)確，那么實(shí)際的有效汽蝕余量應(yīng)加上泵吸入口到泵首級葉輪之間的高度，按下式計(jì)算：

NPSHa實(shí)際=NPSHa計(jì)算+ K + L

式中：

NPSHa實(shí)際— 泵實(shí)際有效汽蝕余量，m；

NPSHa計(jì)算 — 設(shè)計(jì)人員計(jì)算的有效汽蝕余量，m；

K — 泵安裝基準(zhǔn)面到泵第一級葉輪的距離，m；

L — 泵安裝基準(zhǔn)面到泵吸入口的高度(取正值)，m。

該示例中K=2.55 m，L=0.3 m，NPSHa實(shí)際=2.2+2.55+0.3=5.05 m，經(jīng)過校正后，實(shí)際的有效汽蝕余量再和廠家提供的必需汽蝕余量進(jìn)行對比：

NPSHa實(shí)際> NPSHr + 0.6=3.8 m或NPSHa實(shí)際> 1.3NPSHr=4.16 m

從以上結(jié)果可以看出筒袋泵的HPSHr完全能夠滿足生產(chǎn)要求。同時(shí)從圖中可以看到，筒袋泵所需汽蝕余量并不低，一般也在3 m以上，只是采用了立式結(jié)構(gòu)，把泵體放到了地面下，人為降低葉輪的高度，使泵的有效汽蝕余量增加了K m，從而滿足了設(shè)計(jì)要求。

圖2 筒袋泵

在泵的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員是沒有K值的，只有泵廠家能提供K值，而且各個(gè)廠家提供的K值可能各不相同，因此設(shè)計(jì)人員最好提前把計(jì)算出的泵汽蝕余量要求發(fā)給廠家，待廠家確認(rèn)能夠滿足要求后，該泵的設(shè)計(jì)才算完成。

在液化烴罐區(qū)，NPSHa要求較低的液化烴輸送泵通常選用立式筒袋泵，此外立式筒袋泵還有很多優(yōu)勢：①其筒袋在地面下，只有電機(jī)和泵進(jìn)出口在地面上，占地面積要小于臥式離心泵，可以大大節(jié)省泵房面積；②筒袋泵的立式結(jié)構(gòu)使其很容易設(shè)計(jì)成多級離心泵，當(dāng)泵出口要求揚(yáng)程較高時(shí)，選用多級筒袋泵即可，泵的揚(yáng)程可以達(dá)到很高；③筒袋泵也是離心泵，因此其流量可以達(dá)到很大，完全能夠滿足工廠大流量的需求；④該泵技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，現(xiàn)在已為大量化工廠及煉廠所應(yīng)用，而且根據(jù)用戶要求，廠家可以通過調(diào)整泵軸長度來滿足泵對氣蝕性能的要求，如圖2中通過增加K的長度來實(shí)現(xiàn)泵的定制。

[1] 化工部工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站. HG/T 20570.5-1995 泵的系統(tǒng)特性計(jì)算和設(shè)備相對安裝高度的確定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1996: 106.

[2] American Petroleum Institute. API 610 Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries[S]. America:11th Edition,2010:18.

[3] 童偉東.液化石油氣的罐區(qū)設(shè)計(jì)[J].油氣儲運(yùn),2002,21(6):4-6.

[4] 張園園.乙烯球罐及罐區(qū)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].化工設(shè)計(jì),2011,21(1):10-13.

(本文文獻(xiàn)格式：曾力強(qiáng)，關(guān) 曉.淺談液化烴球罐區(qū)筒袋泵的應(yīng)用[J].山東化工,2017,46(11):124-125.)

Vertical Barrel Pump of Liquefied Hydrocarbon Tankfarm

ZengLiqiang,GuanXiao

(Sinopec Ningbo Engineering Co.,Ltd.,Ningbo 315103,China)

The NPSHa(Net Positive Suction Head available) of liquefied hydrocarbon transfer pump is calculated in a project of Ningbo, then the reason to choose vertical barrel pump is given. The paper discusses how to select the base level when NPSHa of pump is calculated,gives the proposed calculating method when vertical barrel pump's NPSHa is calculated. At last, the paper compiles the superiority of vertical barrel pump in liquefied hydrocarbon tankfarm.

vertical barrel pump;NPSHa;liquefied hydrocarbon

2017-04-10

曾力強(qiáng)(1981—)，男，浙江寧波人，工程師，主要從事石油化工設(shè)計(jì)工作。

TE974+.1

B

1008-021X(2017)11-0124-02