泵类概述.ppt

清华精仪绿色制造,泵类概述,张国川,一、泵在化学工业中的作用及地位,1、泵是用来,输送液体并增加液体能量,的一种机器。,2、在农业、工业特别是石化生产中，应用广泛。,泵的作用如人体中的心脏，起着,输送、加压等功能,。,搞好泵的使用和维护，必须围绕泵的,高可靠性和高效率,两个方面。,泵长期可靠地运行是石化企业连续生产至关重要的先决条件之一。,美国石油学会API610规范规定，炼油厂泵应连续运行,2.5 10,4,h,没有故障。,高可靠性,泵是石油化工企业中耗电的最主要设备，全国各大炼油厂共有各类泵1.6 万台以.上，其中离心泵为11656台，占泵总数的72.6，一座年处理量为250 10,4,t的炼油厂，全厂泵的驱动电机总容量为22.5 l0,4,kW,其中离心泵用电机容量为（1.1一1.4）10,4,KW，为全厂的55，全国各炼厂每年耗电达30 10,9,kWh（度）上下。每提高泵运行效率1.0，仅炼油厂每年就可节电（0.91.5）10,9,kWh度）。,高效率,清华精仪绿色制造,一、泵在化学工业中的作用及地位,一座年处理量为250 10,4,t的炼油厂，典型装置为常减压、催化裂化、焦化裂化、加氢裂化、重整加氢等燃料油装置和酚精炼、酮苯脱蜡、白土精制等润滑油装置，以及石蜡、氧化沥青等装置。泵的数量近600台。所用泵的范围如表1-1所示。,石油化工用离心泵多为,低比转数,（速）。-高扬程、低流量,泵类概述,清华精仪绿色制造,一、泵在化学工业中的作用及地位,图1一1所示为Y型泵覆盖范围和,量大面宽,泵的参数情况。,泵类概述,清华精仪绿色制造,二、国内化工泵的差距,目前，量大面广的石油化工用泵，国内在少量,高温、高压、高腐蚀以及小流量泵,方面有待发展。当前差距最大的是,泵密封、机械密封及其附件可靠性和新型密封,的开发。,石油化工用泵的现状和差距可以从,适用、先进和可靠,三个方面来评价。,适用：,指的是在功能上，包括泵的流量、扬程、（必需的净正吸入压头）、（低比转数）、基本结构和材料等能适应工艺的要求。,先进：,是对各项指标而言的，如效率、NPSH,r,、结构和材料的多样性、高效率、经济性。,可靠：,指的是寿命和运行时万无一失。,适用、先进和可靠三者之间密切相关，具体的可以从流量、扬程、效率、NPSH,r,轴封、轴承等部分来分析。,泵类概述,清华精仪绿色制造,二、国内化工泵的差距,1、,品种方面,的现状和差距,我国已有的油泵基本品种系列及其性能范围，如表1一2所示。,对照引进装置的泵及国外泵样本，尚缺少下列品种，见表l-3所示。,上述高压小流量泵，除开发一部分立式多级泵外，主要可考虑发展部分流量泵系列产品，即国外牌号称为胜达因泵和胜福路泵（Sundvne和Sunflo）。,泵类概述,清华精仪绿色制造,三、化工用泵分类,化工厂中所用的泵按其用途可分为以下几种。,1、供料泵,石油化工装置不但要将原料输送到蒸馏塔，有时还要升压后送到反应器。有时是先炉后泵，有时是先泵后炉。如果是先炉后泵，则要求泵输送温度很高，可能高达380，甚至更高。例如热裂化原料泵就是一例，由于石油化工厂生产是连续的，有的装置要求一、二年不大修，因此对这类泵的要求是高可靠性。美国API610中规定，,对炼油厂泵要连续运行2.5万h不大修,。这类泵流量一般要有少许余量，以适应原料量的变动。但此时也要求扬程波动要尽可能地小。多数情况下，要求净正吸入压头为负值，即灌注式进泵，原料罐液位的标高应该高于泵的吸入口，尤其高温供料泵。,耐高温、高可靠性、低净正吸入压头、,密封性,泵类概述,清华精仪绿色制造,三、化工用泵分类,2、循环泵,石油化工过程中反应、吸收、分离等操作需要循环进行，同时吸收液再生后也要送回装置进行还原，各种反应系统中催化剂循环、抽提过程中溶剂循环、重油直接脱硫过程中热油循环、碱洗和碱再生塔之间循环、制冷过程中冷却液再循环等都要求使用循环泵，这类泵循环时压降一般波动不大，而流量稍有一定波动。选泵后，多可在额定工况下运行。关键是要针对介质选用合适泵的材料。-,介质适应性,3、回流泵,这种泵是控制炼油蒸馏塔热平衡所采用的泵，如,塔顶回流,、某,侧线回流,，经常和重沸器一起使用。使塔顶或某段获得热量，使整个塔内上下得到热平衡。又如在蒸馏塔或解吸塔中进行除气，在装置完全停产前都要求打回流。对这类泵的要求是,特性曲线必须平坦。,尤其不要出现有驼峰的性能曲线。,泵类概述,清华精仪绿色制造,三、化工用泵分类,4、塔底泵或重沸器泵,在塔底为了保持热量，通常用泵在塔底和热源之间进行液体循环。液体多是大流量并处于高温、饱和状态。主要问题是：,（l）,高温条件下泵的密封、轴承、机体热对中,都应优良；,（2）,高温条件下保证正常吸入，不发生汽蚀。,在选泵时要求泵所需的净正吸入压头尽量小。吸入管路上尽可能减少损失，并留有足够余量。,5、成品泵,多数是常温常压条件下输送液体，有时将塔顶或侧线抽出液直接送到产品罐。主要问题是,保持产品纯度,，为此有时采用屏蔽泵。,6、计量泵,多用来注入化学溶剂、防腐药品等，要求,输量较精确,。一般采用,往复式计量泵或齿轮泵或螺杆泵,。同时配有注入量调节装置。,泵类概述,清华精仪绿色制造,三、化工用泵分类,7、沥清石蜡泵,由于粘度大，含蜡，虽在高温下输送，仍多采用往复式蒸汽泵，或用,其他,容积式泵。这也是为了防止一旦,出现高粘高蜡,时，可以具有自动保护作用。-,防止堵塞、滞留,8、浆液泵,如输送催化剂浆液泵，既是高温又含有固体颗粒，是一种工作条件恶劣的特殊杂质泵。-,防止堵塞、滞留、汽蚀、摩擦,9、轻烃泵,鉴于轻烃易挥发，所以多在高压低温下工作，一旦泄漏就产生白霜。这类泵关键之一是,密封问题,。另外，这类泵,防止汽蚀,极为重要，宁可牺牲少许效率也要保证安全运行。这类泵多采用,筒袋多级离心式,，外形似如潜水式泵，吸入口多埋在地下，以防汽蚀。,泵类概述,清华精仪绿色制造,三、化工用泵分类,对于石油化工用泵，由于全部输送液几乎都是,可燃,的，而且多数的,温度、压力条件又都很苛刻,。因此要求用较高级或最高级别的泵。,美国根据使用和制造部门积累的经验已定出石油工业用、炼油厂用离心泵的制造规范，并由,美国石油学会API 610,发表。使用单位可以此规范为基本依据，再结合本身的特点提出定货规格书。该规范对离心泵已有详细说明，石油炼制以外的化上装置如果需要使用重要的泵或具有苛刻条件，也适当选配按此规范制成的各种泵。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,多数化工用离心泵管口，无论吸入或排出管，都是朝上的。,1、液化气离心泵,防止产生汽蚀,输送相对密度（与20水密度的相对值）0.65以下的液化烃和氨液等饱和液体的泵，容易发生汽化导致泵烧损事故，在装置工艺吸入管线要尽量避免发生汽化，同时，对泵制造厂来说，要求在发生少量汽化时结构上要确保不引起重大故障。,图1-2是液化烃的温度与蒸气压力曲线。,由图中可知，液温变化时，蒸气压力的,变化幅度很大。例如40的丙烷，每下,降l就要使蒸气压力下降约0.04MPa，,折算到相对密度为0.46的液体，此时,净正吸入压头（,NPSH,）有效值减小近8.5m,。,实际中很难保证这么大的净正吸入压头。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,此外，还有必要采取若干措施，如在,泵的吸入口设置气体分离器,，使在管路中气化的气体通过所增设的回路排出，吸入管路尽可能短，管路有较大的倾斜度，气体可逆液体而流动。当液源温度突然下降时，吸液槽内的饱和压力随着降低，然而此时已流到吸入管路中的液温仍保持液源温度下降前的状态，于是NPSH有效值就将随着液源温度下降和压力的降低而变小。,当液温低于大气温度时，液体在流经管路的过程中会吸热，使泵吸入口的液温上升，导致NPSH有效值变小。这种情况下的,吸入管路必须进行保冷，并且尽可能缩短管路长度,。,此外，由于节流减压会引起汽化，而且不易再恢复液态，导致气体吸入泵内，因此必须尽力,避免在管路中有节流阻力,。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,在泵的设计及结构方面，最好采用能自身分离气体的,立式泵,。若采用卧式泵，则,泵吸入口最好向上,。吸入口水平布置的泵或多级泵在吸入气体后会使气体积聚在叶轮的中心部位，不但引起扬程下降，而且还可能发生振动，导致旋转密封件的烧损。对吸入压力较高的悬臂式泵，其吸入压力乘以轴封内径的截面积所得出的轴向推力作用在指向联轴器一侧的方向，因此必须校核推力轴承所能承受的负荷。,机械密封装置要尽力防止因摩擦热引起的温度上升,，同时为了防止汽化，还应适当提高其密封压力，应使冲洗流量增大，密封压力比吸入压力高约0.2MPa以上，此时由于密封端面比压的增高，机械密封装置的消耗功率将增加。所以必须注意原动机的输出功率。,对承磨环、内衬环等旋转密封件的材料，必须选择特别,难以咬死的摩擦副材料。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,2、超低温泵,主要问题是必须,充分考虑保冷问题，以防从吸入管路和泵体本身吸收热量,。在泵制造材料上，金属材料在低温状态下，抗拉强度和硬度增加而韧性下降。抗冲击能力变得很弱，甚至在更低温度下发生脆裂现象。,选定材料,时，应将试件冷却到使用温度以下进行冲击试验，只有对,冲击能量达到2.110,5,J/m,2,以上的材料,，才可以使用。表1一5为低温用泵主要部件使用材料，可供参考。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,2、超低温泵,在-45100的温度范围内，,焊接结构的部件和形状复杂的铸件,一般使用,奥氏体不锈钢,。至于像轴承座、驱动机底座、支架等,不与液体直接接触的部件,，即使是-100以下的液温，它们一般仍不会低于-30，因此使用普通的钢材就可以了。,机械密封中“O形和“V形垫圈材料,的耐寒性为：丁苯橡胶（-60）、硅橡胶（-80）t、氟橡胶（-45）、聚四氟己烯（-75）。因此带有垫圈的单端面机械密封，其使用界限为-70，低于此温度时可使用波纹管式密封。有时因轴封部液体容易汽化引起密封不稳定，则采用双端面机械密封，并在密封室内加入润滑油。,在泵保温和启动时，,吸入管路和泵,都必须用绝热效果良好的,保冷,材料进行保冷。保冷材料的吸水要小。保冷材料的厚度必须能保证,外表温度确保在露点,以上。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,2、超低温泵,如果在吸液前管路和泵内存有,油或湿气,，则吸液时会导致冻结，使泵无法运转。一般用甲醇等不冻液加以,洗净,，再用氮气或其他干燥气体进行,吹干,，最好干燥到泵内露点接近液温时为止。当低温液吸入泵内后，须连续进行放气，在泵尚未完全冷却至液温的时间内液体有可能气化，因此必须,连续放气,，一般相差高达100就必须放气34h。,启动前，如果,单端面机械密封的端面靠大气一侧有结冰,则要用不冻液加以消除。如启动后泵的出口压力不上升，或上升后立即下降，这主要是,泵内气体没有放完,，因此必须将泵停止运转进行彻底放气。一面运转一面放气不易把泵内气休放完，在这种状态下连续运转有可能导致烧损事故。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,3、高温用离心泵,般所谓,热油多数是指液温接近该液体的沸点,，此时对吸入管路等间题必须跟输送液化气一样，同样给予特别注意。,在,泵材料与结构,方面，如果是无腐蚀性液体，则370以下的耐压部件材料都采用碳钢，370以上则用含铬5%或含13%铬钢。对于强度不大的部件，在230以下都可采用铸铁。当组合件的材料热膨胀系数不相同时，紧配合部分会出现松动，旋转密封部件的间隙却又会变小以致发生事故。,形状复杂的泵壳有可能因膨胀变形不规则,而导致事故。所以一般都采取,垂直剖分,。温度变化时会引起耐压泵壳的螺栓紧固力发生变化，从泵壳接合面处产生泄漏。所以接合面处必须使用,止口垫圈,。如果使用水平剖分型泵壳那种密封平垫圈，当螺栓紧固力放松而开始泄漏时，垫圈即被吹破，于是有发生高温液吹出的危险，因此这种垫圈不适合高温使用。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,热油泵的轴封以前采用压盖填料。目前已发展了高温用机械密封装置。由于密封端面的磨损随温度升高而急剧增大，“O”形和“V”形垫圈的耐热性也成问题，因此多数都对,轴封装置采取降温措施,。其冷却方法是利用在工作温度下并不蒸发的冷却液进行外部冲洗或自身冲洗，同时在冲洗管路中设置了冷却器，使,冲洗液冷却至80120，,再注入机械密封装置。采用自身冲洗的冷却容易在停泵期间有高粘度介质凝聚在冷却器内，所以必须对冷却器装加热用的蒸汽管路。此外，在停泵进行暖机或自身冲洗但又不带冷却器时，都需要注意轴密封装置的温度不能太高。一旦超过机械密封的耐热温度，则即使泵已停止，仍须从排出管路止逆阀后引出冲洗液进行冲洗。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,在使用方法上，,热油一般随温度的降低相对密度会增大，粘度也增大，呈非牛顿体状态，,因此需要考虑装置启动时低温状态下的动力损耗，并按此确定驱动机的输出功。一般在设计泵时都把输液看作不可压缩的液体。但根据斯捷潘诺夫提供的实例来看，,高温时的烃类液体具有一定的压缩性。,例如360时0.1Mpa下油的相对密度是0.598：压力增高到2.8Mpa，相对密度是0.620；再增高到5.6MPa时又变为0.638。因此对高温高比泵来说，必须从这一点出发确定相对密度和顶计轴功率。,高温液急剧吸入时，泵体内部和外壳加热速度不等，所以轴向间隙和旋转密封件的间隙都应比一般泵的数值大些。运转启动前必须充分,预热,，使各部分温度趋于均匀。预热方法通常从排出口用高温液进行循环，因此排出口方向朝上的泵只对壳上部加热，扩大了泵壳上、下部分的温差，使轴线产生变形。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,图1-3所示为泵壳长l.4m、轴承间距2.0m,的双圆筒壳体泵在靠联轴器一侧的轴承,上安装千分表测定其变形量的结果。,图1-4所示是预热过程中泵壳上、下部温,度的测定值。由图知若从排出口处进行,预热。则约经过5h后，泵壳上、下温度,差已缩小到10。此数值表示泵壳变形,和对运行都已不成问题。在这种情况下，,虽然增大预热量可能缩短时间，但泵壳,上、下温差从一开始就出现很大差值，,引起很大的变形量，这是不允许的，因此,泵壳的,升温应该控制在1-2/min,，,预热须,进行到泵壳和液温的温差达到30以内,为止。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,高温用泵一般都采用轴承支承型，因而原则上不必进行高温状态下与驱动机对中测量。然而由于,配管的热膨胀,产生的泵接管负荷可能导致底座的变形，从而造成与驱动机之间的中心偏移。所以对待配管的支撑问题应该加以充分讨论。而且不但要从热应力角度来考虑支撑方法，还要注意到从泵排出的液流振动有可能使配管发生振动，这也和支撑方法有关。,4、悬浮液用离心泵,一般对,含有粒度为8400目固体颗粒,的混合液进行输送的泵称为悬浮液泵。其结构多数采用,开式叶轮,单级离心泵，如采用闭式叶轮则大都用洁净液体冲洗承磨环和内衬环，以防固体颗粒侵入。,当液内含有催化剂等非常硬的固体颗粒时，流速过大的地方容易产生侵蚀，所以通流面积耍设计得相当大，,泵的转速必须尽量低。,机械密封的使用也有困难。因此通常采用,外部冲洗的单端面机械密封,，把洁净的冲洗液引入，同时缩小轴颈密封环的间隙。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,5、高粘度液用泵,大都采用性能受粘度影响较小的,回转式泵和往复泵,。这种情况下的粘度再高也无非是泵可能会自动降转速或影响活塞速度。,在大流量和工艺流程上要求避免脉动的情况下，有时也会牺牲效率而采用离心泵。但此时粘度会使泵性能下降，轴功率随之增大，因此若使用标准泵就必须考虑轴的强度给以加强问题，同时为了确定驱动机的输出功，就要按照,粘度修正系数推导出泵的性能,；而且由于不易得到正确数值，所以有必要留出足够的余量。如果使用机械密封，对于多个小弹簧形式，因其旋转阻力太大会引起弹簧动作不稳定，因此采用,单个大弹簧,形式。,泵类概述,清华精仪绿色制造,四、化工用泵特点,6.腐蚀液用离心泵,主要是材料的耐腐蚀问题。一般的材料腐蚀试验数据多是浸在静止液中的试验结果。此时材料在腐蚀液中发生化学反应，生成一种表面膜，可以保护材料表面免受腐蚀。但是离心泵内部的流速在叶轮转动的作用下可以达到很大的数值，同时从高压区流向低压区的交界处也会产生相当高速的喷射液流，这使得材料表面生成的保护膜容易被破坏，造成腐蚀的连续进行。所以,泵用材料要比容器、管道高一些。,我国泵规范和API610规范对此都有较详细的规定。,API 2004年将API610与ISO13709关联，全名改为“石油工业.、重化学工业和天然气工业用离心泵”。为了和国际技术接轨，本书适当增加对API610部分内容的介绍。,泵类概述,清华精仪绿色制造,五、,*,化工生产对泵的特殊要求,*,1、能满足化工工艺需求,2、耐高温、低温,3、耐腐蚀,4、耐磨损,5、无泄漏或少泄漏,6、能输送临界状态的液体,7、运行可靠,泵类概述,清华精仪绿色制造,六、泵的分类及应用范围,1、按工作原理分,（1）容积泵：依靠泵内工作容,积（泵壳或缸）的大小作,周期性的变化来输送液体。,此类泵又分为：1）往复泵,2）回转泵,往复式泵,活塞式泵,柱塞式泵,隔膜式泵,泵类概述,清华精仪绿色制造,旋转式泵,齿轮泵,螺杆泵,1泵体2主动 轮,3从动轮4安全阀,1主动螺杆,2填料函,3从动螺杆,4泵壳,5、6齿轮,泵类概述,液环泵,清华精仪绿色制造,（2）叶片泵：是依靠泵内作高速旋转的叶轮把能量传递给液体，从而实现液体输送的机器。此类泵又按照叶轮结构不同分为：离心泵、混流泵、轴流泵及旋涡泵。,泵类概述,清华精仪绿色制造,（3）其他类型泵：除叶片泵和容积泵以外的特殊泵。属于这一类型的泵主要有流体动力作用泵、电磁泵等。流体动力作用泵是依靠另一种流体（液、气或汽）的静压能或动能来输送液体的泵，如喷射泵、酸蛋。,工作流体,混合流体输出,被吸入流体,1喷嘴；2混合室；3喉管；4扩散室；5真空室。,泵类概述,清华精仪绿色制造,进料阀,出料阀,压力表,放空阀,进气阀,酸蛋,泵类概述,清华精仪绿色制造,2.按工艺用途分：,按工艺用途可分为工艺流程泵、公用工程泵、辅助用途泵、管道输送泵。,（1）供料泵：输送液态原料，即增压泵；,（2）循环泵：工艺流程中循环液增压；,（3）成品泵：输送液态成品或者半成品的泵；,（4）高温或低温泵：输送300以上高温或者接近凝固点（或5 以下）低温液体；,（5）废液泵：连续排除装置废液；,（6）特殊用途泵：动力等。,3、按输送介质分：,水泵、油泵、杂质泵、耐腐蚀泵,泵类概述,清华精仪绿色制造,4、按使用条件分,（1）大流量泵与微流量泵流量分别为：18000m,3,/h,与0.011L/h,（2）高温泵与低温泵：高温达500，,低温至-253。,（3）高压泵与低压泵：高压达200MPa,真空度为2.661.66kPa,（4）高速泵与低速泵：高速达 24000r/min，,低速为510r/min,（5）高黏度泵黏度达数千帕秒（PaS）.,（6）计量泵流量的计量精度达0.3,泵类概述,清华精仪绿色制造,清水泵,用于输送物理、化学性质类似于水的清洁液体。最简单的清水泵为单级单吸式，系列代号为“IS”，若需要的扬程较高，则可选D系列多级离心泵。若需要流量很大，则可选用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”。,防腐蚀泵,当输送酸、碱等腐蚀性液体时应采用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与液体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。,油泵,用于输送石油产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200以上的热油时，还需设冷却装置。,杂质泵,用于输送悬浮液及稠厚的浆液等，其系列代号为P，又可分为污水泵、砂泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。,泵类概述,清华精仪绿色制造,此图表示各类型泵流量和扬程的适用范围,由图可看出,离心泵主要应用在大流量,中、低扬程的场合；往复泵应用于小流量、高扬程的场合；涡旋泵则应用于小流量和高扬程的场合。,泵类概述,清华精仪绿色制造,