第八讲泵站设计

1、 Design and Management of Petroleum Storage Depots 习题讲解习题讲解1 1、求管径；、求管径；2 2、求泵的安装高度。、求泵的安装高度。 炼油厂、石油化工厂和油库的炼油厂、石油化工厂和油库的液体原料、成品和副产物料储运系液体原料、成品和副产物料储运系统中，物料的操作温度一般都在统中，物料的操作温度一般都在1OO1OO以下。输转物料用泵一般均为以下。输转物料用泵一般均为间断操作，一泵多用，备用泵少；间断操作，一泵多用，备用泵少；要求泵的吸入口为水平方向。对于要求泵的吸入口为水平方向。对于输送易凝物料的泵要求有防凝措施。输送易凝物料的泵要求有防凝措

2、施。 储运用泵的基本情况如下： (1) 装卸用泵，一般要求流量大，装卸用泵，一般要求流量大，扬程低。对于沿海装卸油轮用泵其扬程低。对于沿海装卸油轮用泵其流量可达流量可达10003000m3h。一般。一般选用单级离心泵，尤其是管道泵用选用单级离心泵，尤其是管道泵用得比较普遍。物料粘度较大时，例得比较普遍。物料粘度较大时，例如燃料油或减压塔底油。只要其效如燃料油或减压塔底油。只要其效率粘度换算系数不小于率粘度换算系数不小于07时，仍时，仍可选用离心泵，否则可选用螺杆泵可选用离心泵，否则可选用螺杆泵或往复泵。或往复泵。 (2)(2)物料调合用泵，一般多用大流量低物料调合用泵，一般多用大流量低扬程的单

3、级离心泵或管道泵。扬程的单级离心泵或管道泵。 (3)物料输转用泵，多用流量较大、扬物料输转用泵，多用流量较大、扬程适中的离心泵。厂区之间输转用程适中的离心泵。厂区之间输转用泵常为扬程较高的多级离心泵。泵常为扬程较高的多级离心泵。(4)(4)储罐区抽送底油或清罐用泵一般用储罐区抽送底油或清罐用泵一般用电动往复泵或蒸汽往复泵。电动往复泵或蒸汽往复泵。 (5)(5)化学药剂如液碱、硫酸等化学药剂如液碱、硫酸等一般用一般用耐腐蚀离心泵。耐腐蚀离心泵。(6)(6)润滑油多用离心泵或螺杆泵。润滑油多用离心泵或螺杆泵。 (7) 铁路洗罐站抽吸底油、热水采用铁路洗罐站抽吸底油、热水采用水环式真空泵；油罐车上卸

4、一般采水环式真空泵；油罐车上卸一般采用水环式真空泵或潜油泵。用水环式真空泵或潜油泵。 1.2 泵的基本性能和参数泵的基本性能和参数 1.2.1 1.2.1 叶片式泵叶片式泵1.2.1.1 1.2.1.1 泵的基本参数泵的基本参数 泵样本和泵铭牌上给出的基本参数，泵样本和泵铭牌上给出的基本参数，如流量如流量Q Q、扬程、扬程H H、效率、效率、转速、转速n n、轴功、轴功率率N N、必需汽蚀余量、必需汽蚀余量(NPSH)(NPSH)r r等，这些参等，这些参数表示的泵的性能，是由泵制造厂以常数表示的泵的性能，是由泵制造厂以常温水为介质通过试验测得的值。泵在额温水为介质通过试验测得的值。泵在额定工

5、作范围内运行时，可以获得最经济、定工作范围内运行时，可以获得最经济、最合理的使用效果。最合理的使用效果。 a.a.流量：泵的流量是单位时间内泵排流量：泵的流量是单位时间内泵排出口所输出的液体量。泵制造厂用出口所输出的液体量。泵制造厂用实测数据绘制的流量一扬程实测数据绘制的流量一扬程(QH)(QH)曲线，用以表示曲线，用以表示QHQH的变化关系。的变化关系。 b.b.扬程是指单位重量液体通过泵所获扬程是指单位重量液体通过泵所获得的能量增值。泵样本或铭牌上给得的能量增值。泵样本或铭牌上给出的泵扬程是以水为基准测试得出出的泵扬程是以水为基准测试得出的。在任何条件下，恒转速下泵的的。在任何条件下，恒转

6、速下泵的扬程与液体的密度无关。而压力增扬程与液体的密度无关。而压力增值与密度有关。值与密度有关。 常见的几种液体输送系统示意图常见的几种液体输送系统示意图 泵的扬程H可用能量平衡方程(伯努利方程)确定，如下式所示。 g2vvhhHHr100)PH2s2dlsldgsgdvsvd（P式中式中 HH扬程，扬程，m m； P Pvdvd、P Pvsvs排出侧、进口侧容器液面压力排出侧、进口侧容器液面压力( (绝绝) )，MPaMPa； H Hgdgd排出侧最高液面至泵中心线的几何高度排出侧最高液面至泵中心线的几何高度( (一一般高于泵中心线般高于泵中心线) )，m m； H Hgsgs进口侧最低液面

7、至泵中心线的几何高度，进口侧最低液面至泵中心线的几何高度，m m；当液面低于泵中心线当液面低于泵中心线( (吸上吸上) ) 时，时，H Hgsgs为正值；当液面高于泵中心线为正值；当液面高于泵中心线( (灌注灌注) )时，时，H Hgsgs为负值；为负值； h hldld、h hlsls排出侧、进口侧管道系统的阻力，排出侧、进口侧管道系统的阻力，m m； v vd d、v vs s一排出侧、进口侧管内液体流速，一排出侧、进口侧管内液体流速，m ms s； gg重力加速度，重力加速度，9 98m8ms s2 2； rr输送温度下液体的相对密度。输送温度下液体的相对密度。 C. C. 功率和效率：

8、泵在单位时间内对液体功率和效率：泵在单位时间内对液体所作的功，称为有效功率，其值等于：所作的功，称为有效功率，其值等于： 式中式中 N Ne e泵的有效功率，泵的有效功率，kWkW； QQ输送温度下泵的流量，输送温度下泵的流量，m m3 3h h； HH扬程，扬程，m m； rr输送温度下液体的相对密度。输送温度下液体的相对密度。367QHrNe 泵工作时，由原动机传给泵轴的功率，泵工作时，由原动机传给泵轴的功率，称为轴功率称为轴功率N N。泵的效率。泵的效率是泵的有是泵的有效功率与轴功率之比，即：效功率与轴功率之比，即：式中式中 泵的效率，；泵的效率，； NN泵的轴功率，泵的轴功率，kWkW

9、。%100NNe 当泵的效率已知时，泵的轴功率按下当泵的效率已知时，泵的轴功率按下式计算式计算：367QHrN 泵样本或铭牌上给出的功率和效率都泵样本或铭牌上给出的功率和效率都是用清水试验得出的。当液体为烃是用清水试验得出的。当液体为烃类或其他化工物料时，应根据液体类或其他化工物料时，应根据液体性质修正性质修正Q Q、H H、(NPSH)(NPSH)r r，并按，并按式式(714)(714)计算轴功率。计算轴功率。 泵的轴功率应按最苛刻的工艺条泵的轴功率应按最苛刻的工艺条件计算，选配原动机时，应乘以相件计算，选配原动机时，应乘以相应的安全系数。当输送密度小于水应的安全系数。当输送密度小于水的液

10、体时，一般应按输水时额定流的液体时，一般应按输水时额定流量的量的3030时的轴功率来核算。时的轴功率来核算。 d. d. 汽蚀余量：汽蚀余量： 1 1、 汽蚀现象：泵第一级叶轮进口处的压汽蚀现象：泵第一级叶轮进口处的压力低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体力低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体开始气化，同时还可能有溶解在液体内的气体开始气化，同时还可能有溶解在液体内的气体从液体中逸出，形成大量小气泡从液体中逸出，形成大量小气泡( (空化空化) )。当这。当这些小气泡随液体流到叶轮流道内压力高于临界些小气泡随液体流到叶轮流道内压力高于临界值的区域时，小气泡就会重新凝结、溃灭。这值的区域时，小

11、气泡就会重新凝结、溃灭。这时周围的液体就以极高的速度向空化点冲来，时周围的液体就以极高的速度向空化点冲来，液体质点互相撞击形成局部水力冲击。使局部液体质点互相撞击形成局部水力冲击。使局部压力可达数百大气压。这种水力冲击速度很快，压力可达数百大气压。这种水力冲击速度很快，频率达每秒钟数千、甚至几万次，使叶轮金属频率达每秒钟数千、甚至几万次，使叶轮金属表面很快因疲劳而剥蚀。这种气化和凝结过程表面很快因疲劳而剥蚀。这种气化和凝结过程产生对泵的冲蚀、振动和使泵性能下降的现象，产生对泵的冲蚀、振动和使泵性能下降的现象，称之为汽蚀现象。称之为汽蚀现象。 2 2、 汽蚀余量汽蚀余量(NPSH)(NPSH)：

12、又称为净正吸入：又称为净正吸入头，是指泵进口处单位重量液体所具有头，是指泵进口处单位重量液体所具有的超过气化压力的富余能量，也即泵进的超过气化压力的富余能量，也即泵进口处的压力口处的压力( (绝压绝压) )减去液体汽化压力减去液体汽化压力( (绝绝压压) )，可以用式，可以用式(715)(715)表示：表示：式中式中 (NPSH)(NPSH)汽蚀余量，汽蚀余量，m m； P Ps s泵进口处绝对压力，泵进口处绝对压力，MPaMPa； P Pv v输送温度下液体的饱和蒸气输送温度下液体的饱和蒸气压压( (绝压绝压) )，MPaMPa；g2vr)P100(P)NPSH2svs（v vs s进口侧管

13、道内液体的流速，进口侧管道内液体的流速，m ms s；rr输送温度下液体的相对密度。输送温度下液体的相对密度。 汽蚀余量汽蚀余量(NPSH)(NPSH)又分为泵必需汽又分为泵必需汽蚀余量蚀余量(NPSH)(NPSH)r r和有效汽蚀余量和有效汽蚀余量(NPSH)(NPSH)a a。1.3 1.3 泵的选用泵的选用 a. a. 基本参数的确定基本参数的确定 1.1.流量。泵的流量应根据全厂的总工流量。泵的流量应根据全厂的总工艺流程艺流程( (或装置的物料平衡或装置的物料平衡) )及储运及储运系统的操作要求来确定。具体要考系统的操作要求来确定。具体要考虑下列因素。虑下列因素。 1 1）装置原料泵的

14、流量要考虑装置的）装置原料泵的流量要考虑装置的富裕能力和装置加工方案改变时的富裕能力和装置加工方案改变时的要求。要求。 2 2）装卸物料用泵的流量要考虑交通运输）装卸物料用泵的流量要考虑交通运输部门对装卸时间的要求和一次装卸总量。部门对装卸时间的要求和一次装卸总量。 对于铁路装卸作业要考虑每种油品的对于铁路装卸作业要考虑每种油品的一次装卸车辆数和装卸时间。对大宗油一次装卸车辆数和装卸时间。对大宗油品，每种油品的一次装车量一般可按一品，每种油品的一次装车量一般可按一列车的辆数考虑；对小宗油品，除了按列车的辆数考虑；对小宗油品，除了按年出厂量确定每种油品一次装车量以外，年出厂量确定每种油品一次装车

15、量以外，还应与铁路方面充分协商以最终确定还应与铁路方面充分协商以最终确定次装车的车辆数。一般情况下，每种油次装车的车辆数。一般情况下，每种油品每次的净装油时间为品每次的净装油时间为2 23h3h。 原油卸车原油卸车( (下卸下卸) )泵的流量，要满足在泵的流量，要满足在两次来车的最短时间间隔内，将零两次来车的最短时间间隔内，将零位油罐里的原油完全转走的要求。位油罐里的原油完全转走的要求。可按在可按在121216h16h内转送完一天的卸油内转送完一天的卸油量考虑。量考虑。 对于油船的装卸作业要考虑泊位净装对于油船的装卸作业要考虑泊位净装卸时间和船的吨位。卸时间和船的吨位。 交通部规范交通部规范海

16、港总体及工艺设海港总体及工艺设计计(JTJ21187)(JTJ21187)中对原油装油港中对原油装油港泊位净装油时间规定见下表。泊位净装油时间规定见下表。 对于汽车装车泵的流量，应根据装同对于汽车装车泵的流量，应根据装同一种产品的车位和每个车位的装车一种产品的车位和每个车位的装车流量来确定。当一种产品的车位数流量来确定。当一种产品的车位数多于多于3 3时，由于装车时不是所有车位时，由于装车时不是所有车位上的装油阀全都打开，泵的设计流上的装油阀全都打开，泵的设计流量应比所有装油阀全开的流量小。量应比所有装油阀全开的流量小。可根据图可根据图712712所示的方法来确定多所示的方法来确定多车位装车泵

17、的流量。图中车位装车泵的流量。图中F F为系数，为系数，用下式计算。用下式计算。式中式中 FF系数，无因次；系数，无因次； LL装油时间，装油时间，minmin； DD辅助作业时间，辅助作业时间，minmin；包；包括汽车进入车位时间、移动鹤管时括汽车进入车位时间、移动鹤管时间、开盖时间、汽车开出时间、装间、开盖时间、汽车开出时间、装油阀未打开时汽车在装油台上的任油阀未打开时汽车在装油台上的任何其他时间。何其他时间。LDLF 3 3） 油品调合泵的流量应根据调合工艺油品调合泵的流量应根据调合工艺的要求来确定。在管道调合中，不管采的要求来确定。在管道调合中，不管采用手工调合、半自动调合或全自动调

18、合，用手工调合、半自动调合或全自动调合，各组分泵的流量均由调合工艺计算给定。各组分泵的流量均由调合工艺计算给定。在罐循环调合中，调合泵的流量按下式在罐循环调合中，调合泵的流量按下式计算：计算：式中式中 QQ调合泵流量，调合泵流量，m m3 3h h； VV组分油一次调合总量，组分油一次调合总量，m m3 3； tt调合时间，调合时间，h h。tVQ 在罐内无调合喷嘴时，调合时间在罐内无调合喷嘴时，调合时间般般采用采用4 412h12h。罐内设调合喷嘴时，。罐内设调合喷嘴时，调合时间一般采用调合时间一般采用2 24h4h。此外调合。此外调合泵的流量还应满足喷嘴的要求。增泵的流量还应满足喷嘴的要求

19、。增大泵的流量和扬程，均可缩短喷嘴大泵的流量和扬程，均可缩短喷嘴调合的时间。从节能角度考虑，提调合的时间。从节能角度考虑，提高泵的流量比提高泵的扬程更为合高泵的流量比提高泵的扬程更为合理。理。 4 4）对多种用途的泵，其流量要考虑）对多种用途的泵，其流量要考虑主要作业的要求，使泵的主要作业主要作业的要求，使泵的主要作业在经济合理的条件下运行。在经济合理的条件下运行。 5 5）在某些作业中要求泵在低流量下）在某些作业中要求泵在低流量下长期操作，应考虑泵发热的可能性。长期操作，应考虑泵发热的可能性。 6 6）要留有一定余量，）要留有一定余量，般为般为1010左左右。右。 2. 2. 扬程。泵的扬程

20、应满足在输送流扬程。泵的扬程应满足在输送流量下的管道压力降、位差及静压差量下的管道压力降、位差及静压差等的要求。具体要考虑下列因素：等的要求。具体要考虑下列因素： 1 1） 装置原料泵一般由工艺专业提装置原料泵一般由工艺专业提出要求，还要考虑到装置富裕能力出要求，还要考虑到装置富裕能力和加工方案改变而引起对扬程的要和加工方案改变而引起对扬程的要求。求。 2 2） 要考虑储罐或容器内液位变化要考虑储罐或容器内液位变化和内压变化的不利因素。对于常压和内压变化的不利因素。对于常压储罐，应取满罐时的最高液位。对储罐，应取满罐时的最高液位。对于压力容器，在装卸或输转作业中，于压力容器，在装卸或输转作业中

21、，有气相连通管道时，除考虑液相管有气相连通管道时，除考虑液相管道的阻力降外、还应考虑气相管道道的阻力降外、还应考虑气相管道的压力降。在向密闭容器内输送物的压力降。在向密闭容器内输送物料时，要考虑容器内气相压缩冷凝料时，要考虑容器内气相压缩冷凝引起的压力升高的影响。在最不利引起的压力升高的影响。在最不利条件下，容器内压力可能达到容器条件下，容器内压力可能达到容器安全阀的泄放压力。安全阀的泄放压力。3 3）对调合作业用泵，要考虑调合喷嘴、）对调合作业用泵，要考虑调合喷嘴、静态混合器等设备的阻力降。静态混合器等设备的阻力降。4 4）要考虑各种安装在管道中的流量计、）要考虑各种安装在管道中的流量计、调

22、节阀等仪表的局部阻力降。调节阀等仪表的局部阻力降。5 5）对输送粘性物料泵要考虑粘度对扬）对输送粘性物料泵要考虑粘度对扬程的影响。程的影响。6 6）要考虑在管道阻力降算中存在某些）要考虑在管道阻力降算中存在某些不可预见的因素。对扬程的选择要不可预见的因素。对扬程的选择要留有一定余量，一般为留有一定余量，一般为1010左右。左右。 3. 3. 泵的型式泵的型式 炼油厂和石油化工厂储运系统大炼油厂和石油化工厂储运系统大多选用离心泵；在某些情况下，也多选用离心泵；在某些情况下，也选用旋涡泵和容积式泵。介质粘度选用旋涡泵和容积式泵。介质粘度不大，流量较大、扬程较低时，宜不大，流量较大、扬程较低时，宜选

23、用离心泵；介质粘度大、扬程高选用离心泵；介质粘度大、扬程高且流量允许脉动时，宜选用往复泵；且流量允许脉动时，宜选用往复泵；介质粘度小、流量小、扬程不高、介质粘度小、流量小、扬程不高、有自吸要求时，宜选用旋涡泵。有自吸要求时，宜选用旋涡泵。 1. 1. 离心泵离心泵 1 1）适用于输送温度下介质粘度不大）适用于输送温度下介质粘度不大于于65065010106 6m m2 2/s/s，否则泵的效率会，否则泵的效率会降低很多。降低很多。 2 2）流量小、扬程高时不宜选用离心）流量小、扬程高时不宜选用离心泵。泵。 3 3）介质中溶解或夹带的气体量大于）介质中溶解或夹带的气体量大于5 5( (体积体积)

24、 )时，不宜选用离心泵。时，不宜选用离心泵。 4 4）要求流量变化大、扬程变化小时，）要求流量变化大、扬程变化小时，宜选用宜选用QHQH曲线平坦的离心泵；要曲线平坦的离心泵；要求流量变化小、扬程变化大时，宜求流量变化小、扬程变化大时，宜选用选用QHQH曲线陡斜的离心泵。曲线陡斜的离心泵。 5 5）介质中含有固体颗粒在）介质中含有固体颗粒在3 3( (体积体积) )以下时，可选用离心泵，超过以下时，可选用离心泵，超过3 3时，时，要选用特殊泵。要选用特殊泵。 c. c. 泵的台数和备用泵。泵的台数和备用泵。 1. 1. 正常操作台数。流量比较稳定时，正常操作台数。流量比较稳定时，般只设一台操作泵。流量变化大的作业