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第1页共99页第一章绪论第1节概述炼油厂和石油化工厂都广泛使用各种类型的泵,泵的作用犹如人体中的心脏,起着输送、加压等功能。石油化工企业大都是连续性生产;所需输送的液体或高温或低温,粘度大,往往具有腐蚀性;有的还含有固体颗粒;有的易燃易爆或具有毒性。因此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,石油化工生产用泵,在其类型、材料及密封装置的结构等方面均应满足这些条件。美国石油学会API610规范规定,炼油厂泵应连续运行2.5万h没有故障。同时泵又是石油化工企业中耗电的最主要设备,炼油厂既是供能大企业又是耗能大企业。据有关统计,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250万t的炼油厂,全厂泵的驱动电机总容量为2~2.5万kW,其中离心泵用电机容量为1.1~1.4万kW,为全厂的55%,全国各炼厂每年耗电达30亿kW.h(度)上下,耗电量约占全国用电量的3%~5%o因此,如何提高运行效率,对节能,提高企业经济效益也是十分重要的。每提高运行效率1%,仅炼油厂每年就可节电3000万kW·h(度)o现在效率方面潜力大约在3%~5%,如能提高效率3%~5%,每年可节电O.9亿~1.5亿度电之巨。因此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。第2节石油化工用泵特点一、泵的分类泵的分类方法有以下三种:(一)按工作原理分类1.容积式泵依靠泵内工作室容积大小作周期性地变化来输送液体的泵;2.叶片式泵依靠泵内高速旋转的叶轮把能量传给液体,从而输送液体的泵;3.其它类型泵依靠一种流体(液、气或汽)的静压能或动能来输送液体的泵。此类泵又称流体动力作用泵。采用这种分类方法时,根据泵的结构又可分为以下几种。第2页共99页(二)按泵产生的压力(扬程)分类1.高压泵总扬程在600m以上;2.中压泵总扬程为200~600ml3.低压泵总扬程低于200m。(三)按泵用处分类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;原料罐液位的标高高于泵的吸入口,尤其高温供料泵。2.循环泵由于石油化工过程中进行反应、吸收、分离等操作需要反复进行,同对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。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、多和重沸器一起使用,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。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:(1)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,要求输出量较精确。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。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。8.浆液泵如输送催化剂浆液泵,既是高温更含有固体颗粒,是一种工作条件恶劣的特殊杂质泵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。第3页共99页图1-1烃蒸气压曲线二、石油化工用泵特点此处仅简介液化气泵、超低温泵、高温用泵、含固粒泵、高粘度用泵和腐蚀液用泵等的特点。1.液化气离心泵输送密度(指与20℃水密度的相对值)在O.65以下的液化烃和氨液等饱和液体的泵由于容易发生汽化导致泵烧损事故,因此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,则要求在发生少量汽化时结构上要确保不会引起重大故障。图1-1是液化烃的温度与蒸气压力曲线。由图中可知,当液温变化时,蒸气压力的变化幅度很大。例如40℃的丙烷,每下降1℃就要使蒸气压力下降约O.04MPa,折算到密度则为O.46的液体,此时净正吸入压头(NPSH)有效值减小近8.5m。在实际中很难保证有这么大的净正吸入压头。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的前状态,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。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。吸入口沿水平方向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,因此必须研究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O.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,所以必须注意驱动机的输出功率。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。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。在泵制造材料上考虑,通常金属材料在低温状态下,抗拉强度和硬度增加而韧性却下降。尤其是抗冲击能力变得很弱,甚至在更低温度下会发生脆裂现象。因此在选定材料时,应将试件冷却到使用温度以下再进行冲击试验,只有对冲击能量达到2.1×105J/m2以上的材料才可以使用。第4页共99页表1-1所示为低温用泵主要部件使用材料,可供参考。表1-1低温泵材料表(日本钢号)在-45~100℃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、驱动机安装座、支架等不与液体直接的部件,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“V”形垫圈材料的耐寒性为:丁苯橡胶(-60℃),硅橡胶(-80℃),氟橡胶(-45℃),聚四氟己烯(-79℃)。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。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,再用氮气或其它干燥气体进行吹干,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,在泵尚未完全冷却至液温的时间内液体有可能气化,因此必须连续进行放气,一般相差高达100℃就必须放气3~4h。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体放完,在这种状态下连续运转有可能导致烧损事故。3.高温用离心泵.一般所谓热油多数是指液温接近该液体的沸点,此时对吸入管路等问题必须跟输送液化气一样,同样给以特别注意。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,而旋转密封部件的间隙却又会变小以至发生事故,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,则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。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80~120℃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第5页共99页热用的蒸汽管路。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。在使用方法上,热油一般随温度的降低相对密度会增大,粘度也增高,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。但根据斯坦波诺夫(Stepanoff)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O.1MPa下油的相对密度是O.598;压力增高到2.8MPa,相对密度是O.620;再增高到5.6MPa时又变为O.638。因此对高温高压泵来说,必须从这一点出发确定相对密度和预计轴功率。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。运转起动前必须充分预热,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。图1-2所示为泵壳长1.4m、轴承间距2.Om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基的结果。图1-3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,预热必须进行到泵壳和液温的温差达到30℃以内为止。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
本文标题:机泵知识简介
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