油田地面工程热水泵选型及计算_吉庆涛.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 5 期 156 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 油田地面工程热水泵选型及计算 油田地面工程热水泵选型及计算 吉庆涛（中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北 沧州 062550）摘 要：摘 要：本文主要是对热水泵原理结构、工艺流程、工艺计算、选型进行研究，对热水泵工艺安装注意事项进行归纳总结。为以后油田地面建设相关项目中热水泵的计算，选型、工艺安装等起到一定的指导作用。关键词：关键词：流程；选型计算；工艺安装 1 概 述 1 概 述 1.1 分类 油田产能地面建设项目中热水泵多采用离心泵，输送介质温度多在 55120之间。热水泵（离心泵）按泵轴方向可分为卧式、立式、斜式等；按级数分为单级和复级；按吸入形式分为单吸和双吸；按按壳体剖分方式分为中开式和分段式。油田产能地面建设项目中常用的为卧室单吸中开式。1.2 选择原则（1）根据设计流量、扬程及其在工艺中各种工况下的变化，确定工作泵的台数，使所选泵及其组合工作时能够满足给定范围内的各种流量的要求且能在高效范围内运行。除利用离心泵具有的平缓的特性曲线调节外，还应尽量选择扬程相近或同型号的水泵，否则应采取换泵、切削叶轮、调速等措施，以便节能。（2）流量变化不大时,尽量选用台数少的大泵，这样效率高。（3）如果管道安装条件已确定，应尽量利用水泵的工作点来选泵。（4）充分考虑热水泵并联时，单泵的流量有所降低的特点，一般初算时可按其 95%计。（5）必须实际计算热水泵配电用的电机功率且应尽量选用电压等级一致的电动机。2 热水泵结构和工作原理 2 热水泵结构和工作原理 2.1 热水泵的结构 热水泵（离心泵）主要由叶轮、轴、吸入室、蜗壳、密封、轴封箱、泵盖等部件组成。图 1 离心泵主要组成部件图 图 1 离心泵主要组成部件图 2.2 热水泵的工作原理 离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的。离心泵在启动前，必须使泵壳和吸入管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和介质做高速旋转运动，介质在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入泵的排出管路。3 工艺流程 3 工艺流程 热水泵典型工艺流程为：生产、采暖回水热水罐热水泵热水炉生产等用水单元，热水泵典型工艺流程图见图 3。图 2 离心泵主要工作原理示意图图 2 离心泵主要工作原理示意图 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.110 吉庆涛：油田地面工程热水泵选型及计算 157 图 3 热水泵典型工艺流程图 图 3 热水泵典型工艺流程图 4 选型计算 4 选型计算 4.1 热水泵流量确定 计算热水泵流量前应首先确定站场总的热负荷，再通过下式计算得出热水泵流量。v21q(tt)QC=（1）式中：Q热负荷，kW；C流体的比热容，kJ/（kg）；t1、t2流体进、出热水炉的温度，；qv输送温度下热水体积流量，m3/s；流体密度，kg/m3。4.2 热水泵进出口管径计算 热水泵进出口管径计算按下式确定 v4qdv=（2）v经济流速，m/s，（一般取 1m/s2.5m/s）。4.3 热水泵扬程确定 根据计算出离心泵的流量，按下式确定泵的扬程。H=H0+h1+h2 （3）21vh=d 2gL （4）v24qv=d （5）式中 H水泵总扬程，m；H0水泵吸水处最低水位与出水控制点的几何高度差，m；h1管道沿程摩阻，m；L管道长度；d管道内径，mm；水流沿程摩阻系数；qv输送温度下热水体积流量，m3/s；v管内热水流速，m/s；g重力加速度，m/s2；h2管道局部摩阻，m，局部摩阻损失和管线的管件数量、阀门个数有关，不同管件、阀门的当量长度系数可根据油田地面工程设计手册 第二册P158 页查表 2-11-17 得出，再计算出当量长度，进而通过式（5）计算出局部摩阻。gi =K dL （6）Ki不同管道部件的当量长度系数；d不同管道部件的内直径，mm；表 1 流态划分及 的计算式 表 1 流态划分及 的计算式 流态 划分范围)2(Redef，=层流 Re2000 e64R=158 吉庆涛：油田地面工程热水泵选型及计算 53.1Relg8.11=紊流水力光滑区 3000ReRe1 Re1=78de27.59）（Re105时 0.25e3164.0R=紊流混合摩擦区 Re1RRe2 665765lgRe2=）（e51.2d7.3elg21R+=25.0e68de11.0）（R+=紊流阻力平方区 ReRe2 21=lg（1.74-2）式中：Re平均温度下管内输送牛顿流体时的雷诺数；d4Revq=（7）（8）qv输送温度下热水体积流量，m3/s；输送温度下热水运动粘度，m2/s；输送温度下热水动力粘度，Pas；d管道内直径，m；Re1由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数；Re2由混合区向粗糙区过渡的临界雷诺数；e管到内壁绝对粗糙度（直缝钢管 e 取 0.054mm；无缝钢管 e 取 0.06mm；螺旋缝钢管 DN250DN350：e=0.125mm；DN400 以上：e=0.10mm）；管道相对粗糙度，2e=d。4.4 热水泵功率计算 计算热水泵电机功率前，需首先确定热水泵的轴功率，热水泵轴功率、电机功率按下式计算：vq102HP=（9）1kPP=（10）式中：P水泵轴功率，kW；P1热水泵所需电机功率，kw；qv热水泵体积流量，m3/s；H热水泵总扬程，m；输送温度下介质的密度，kg/m3；热水泵效率。k电机的超负荷安全系数，参照表 2 选取。表 2 由水泵轴功率而定的 k 值 表 2 由水泵轴功率而定的 k 值 水泵轴功率/kW k 水泵轴功率/kW k 01 1.7 1025 1.251.15 12 1.71.5 2560 1.151.1 25 1.51.3 60100 1.11.08 510 1.31.25 100 以上 1.081.05 4.5 热水泵吸水扬程计算 水泵中心轴或基准面至进口液面最低水位的高差，按下式计算。（11）式中：HS水泵的吸水高度，m；Hs从水泵样本中查得的允许吸水真空高度，m；吉庆涛：油田地面工程热水泵选型及计算 159 Hg水泵安装地点的大气压力水头，m，与海拔高度有关，可从 3 表查得。hs吸水管道的沿程摩阻损失和局部损失之和，m（）；v1水泵吸入口的流速，m/s；g重力加速度，一般取 9.81m2/s；Hz饱和蒸汽压力水头，m，其取值和水温有关，可从表 4 查得。表 3 不同海拔高度的大气压力 表 3 不同海拔高度的大气压力 海拔高程（m）-600 0 100 200 300 400 500 600 700 Hz（mH2O）11.3 10.3 10.2 10.1 10 9.8 9.7 9.6 9.5 海拔高程（m）800 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000 Hg（mH2O）9.4 9.3 9.2 8.6 8.4 7.3 6.3 5.5 表 4 不同水温是的饱和蒸汽压力 表 4 不同水温是的饱和蒸汽压力 水温（）0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hz（mH2O）0.06 0.090.12 0.17 0.240.430.751.252.023.17 4.82 7.1410.3 4.6 热水泵的安装高度计算 按汽蚀余量h 来核算水泵安装高度，一般工程上应满足下式要求；（12）（13）h-水泵样本中给出的水泵汽蚀余量，m；h-可利用的净正吸入水头（按水泵实际安装能提供的汽蚀余量），m；Zs-水泵吸水高度或灌注高度（泵轴中心或基准面与吸水处水面高差），m，当吸水水位低于泵轴线时Zs取负值，当吸水处水位高于泵轴线时Zs取正值。5 工艺安装注意事项 5 工艺安装注意事项 热水泵及其管道的工艺安装注意事项如下：（1）成排布置的热水泵泵，采用防爆电机时一般将前端基础边缘取齐；防爆泵房采用非防爆电 机时应设防爆隔墙，将泵机组的靠背轮取齐，并将靠背轮设在泵房，以便于启泵前盘泵。（2）相邻泵机组基础之间和工艺管线突出部分之间应留有足够的检修空间，其净距不 应小于 0.8 四。（3）泵机组基础（或突出部分）与泵房侧墙的净距不宜小于 1.2m。（4）泵前的主要通道（从工艺管线突出部分到墙的净距）不小手 1.0m，不大于 2.0m.（5）泵安装要便于操作和维修，电机突出部分与泵房墙的净距不小于 1.0m，并应满足 更换电机或抽芯检修的要求。（6）热水泵出口一般不设置过滤器，泵的吸人管应装真空耐震压力表,出口管应装止回阀和耐震压力表。（7）热水泵泵在进口管的最高点或过滤器的顶部）泵出口阀的前边应装放气管，放气管一般为 DN15。此放气管常和压力表接头结合在一起安装。（8）泵的安装高度应满足泵的汽蚀余量的要求，当泵的吸人口为水平方向时，吸人管路上应采用偏心异径接头（顶平），以免形成气袋。吸人管路应尽可能缩短，尽量少拐弯（弯头要用长曲率半径的）。（9）热水罐出口应设置在热水罐底部，热水罐至热水泵之间的管线规格，应根据泵的安装高度）热水罐的安装高度及泵的汽蚀余量要求进行核算后选取。（10）热水泵出口汇管通常设有通用电子流量计，安装时应注意流量计前后直管段要求。