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离心泵选型指南

作者:谢小青

当泵制造商收到买方的询价资料时,需要进行的第一项工作就是选型。合理的选型不仅有利于泵制造商提高中标概率、降低用户投资成本,而且直接影响到泵(组)是否能够长期、安全、高效运行。


本文以泵制造商的视角,结合工程实践经验,谈一谈如何快速、合理的进行离心泵的选型,仅供同行们参考。


下面的选型程序并不是一成不变的,有些步骤会同时进行或交叉进行。


初步选型

初步选型的目的:快速判断是否具备满足询价要求的离心泵,或者是否具有设计开发、生产和试验这类离心泵的能力及资质。只有满足此条件,才能进行以下的选型程序。


第1步:设计制造标准的确定


设计制造标准的不同,不仅直接影响到离心泵的设计制造成本和能效,而且与泵的设计使用寿命密切相关。


离心泵常用设计制造标准见下表


设计制造标准通常由买方确定,但是有时由于买方缺乏实际应用经验无法做出合理判断,为此,必须进行充分的调研和沟通,以明确标准。


选型经验:

(1) API610标准所涉及的内容基本来自于良好的工程验证和操作实践,执行该标准的产品具有运行稳定、寿命长和安装维护方便等突出优点,因此,目前已被广泛应用于国内外重要工况、关键场合,如石化、化肥、煤化工等用离心泵。

(2) 对于火电厂和核电站常规岛重要用泵(如给水泵、凝结水泵等),基本执行GB/T16907标准,并吸收了API610标准中一些有利于提高泵安全可靠性及寿命的条款。

(3) 至于GB/T5657标准,由于各方面要求都不高,通常仅用于普通清水离心泵等。

标准确定以后,进行下一步选型。



第2步:根据主要运行参数初步选型


根据标书中给出的主要运行参数(流量和扬程),初步选择泵型。

图1给出了不同泵型近似的运行范围:

(1) 容积泵用于小流量高扬程工况;

(2) 轴流泵用于大流量低扬程工况;

(3) 离心泵适用范围(从较小流量到较大流量、从低扬程到较高扬程)非常广泛。


选型经验:

(1) 对于小流量、高扬程工况,通常选用开式叶轮、悬臂式泵或采用配带一体化增速齿轮的高速离心泵(OH6型泵)。

(2) 对于大流量、低扬程工况,通常选用双吸式离心泵(BB1、BB2型泵)。

(3) 对于大流量、高扬程工况,通常选用多级离心泵(BB3、BB4、BB5型泵)。

(4) 泵的额定流量点应位于所提供叶轮的最佳效率点的80~110 %区间内。


第3步:选择满足装置汽蚀余量的泵型

针对上节初步选出的泵型,确定其是否满足现场装置要求。



选型经验:

(1) 当高转速泵不能满足现场装置要求时,可选用低转速泵。

(2) 可以选用双吸泵,多级泵首级采用双吸。

(3) 首级叶轮进行特殊设计,如加大入口面积等。

(4) 可以选择带一只诱导轮。不过UOP5-11-7规范明确规定卧式泵不允许带诱导轮。

(5) 对于高转速的离心泵,如核电站常规岛主给水泵等,通常需配置前置泵增压泵。

(6) 对于入口压力较低工况,如电站用凝结水泵等,通常采用VS6型立式筒袋泵,通过增加埋入深度来提高泵的装置汽蚀余量。



第4步:选择满足介质特性的泵型

介质的特性(包括汽化压力、固体颗粒含量及颗粒大小、粘度、密度、腐蚀性、磨蚀性、有毒有害、易燃易爆、挥发性、结晶等)不仅影响到泵型的结构,而且还影响到材料、机械密封等的选择。从初步选型中选出满足介质特性的泵型。


选型经验:

(1) 常温下介质粘度较高或易凝固、易结晶时,需配置保温夹套或对泵进行整体伴热/保温。

(2) 介质中含有较大固体颗粒或悬浮物时,通常选用开式叶轮泵。

(3) 在泵送温度下粘度太高时,通常不适合选用离心泵。

(4) 当泵送介质为高温油浆、且含催化剂颗粒时,选用带衬里的OH2型泵,衬里及叶轮选用耐磨铸铁材料。

(5) 当泵送介质为高温油浆、不含催化剂颗粒时,选用带衬里的OH2型泵,衬里及叶轮选用CA-6NM材料。



第5步:选择满足介质温度的泵型

泵送介质温度的高低,与泵的结构、材料及机械密封的选择相关。从初步选型中选出满足介质温度的泵型。


选型经验:

(1) 当介质温度超过160 ℃时,选用泵脚为中心线支撑的泵。

(2) 当介质温度超过200 ℃时,选用径向剖分式结构泵。

(3) 当介质温度达到400℃左右、且泵送压力不太高时,如石化行业的塔底油浆泵,为了尽量减少可能的泄漏点,通常选用OH2型泵。

(4) 当介质温度达到400℃左右、尽管压力不太高,但单级泵或两级泵无法满足时(如石化行业的辐射炉进料泵),为了确保安全,通常选用BB5型泵。

(5) 当输送低温类介质时,建议选用VS6型立式筒袋泵,便于保冷。



第6步:材料的确定


根据泵送介质的特性、温度及寿命要求等,选择合适的材料。同时,应考虑泵制造商(包括合格供应商)所拥有的条件,确认是否具备标书中所要求的材料、特别是一些特殊材料的生产制造经验,例如:双相不锈钢、超级双相不锈钢、钛材、Ni-hard、蒙乃尔、哈氏合金等材料(公众号:泵管家)。



第7步:轴封选择

目前,绝大多数场合用离心泵均选用机械密封。机械密封的选择与泵送介质的温度、压力、介质特性及现场条件相关。石化及其它重要场合用离心泵,通常配置API682标准机械密封。


选型经验:

(1) 常温工况:通常选择A型密封,最高使用温度可达176℃。

(2) 低温工况:通常选择B型密封,最高使用温度可达176℃。

(3) 高温工况:通常选择C型密封,最高使用温度可达400℃。

(4) 高吸入压力工况:通常选择A型密封,且适用温度范围覆盖低温到高温。

(5) 无毒无害、非易燃易爆介质:通常选择布置方式1(A1)。

(6) 有毒有害、危险、不干净或聚合介质:通常选择布置方式3(A3)。

(7) 易燃、易爆工况:通常选择布置方式2(A2)或3(A3)。

(8) 酸或碱介质:通常选择布置方式1或3,不用布置方式2。

(9) 操作温度大于等于泵送介质自燃点的泵,通常选择布置方式2或3。

(10) 高温或低温工况、含盐或碱工况:通常需增加PLAN62密封冲洗方案。

(11) 立式泵:通常增加或采用PLAN13密封冲洗方案,以便于排气。

(12) 含固体颗粒或高温或聚合和/或氧化介质:通常采用PLAN32密封冲洗方案。



影响选型的其它因素



强制要求

对于很多重要用泵,买方通常会有一些强制要求,例如:具有相同或相近使用工况三年以上运行业绩等。只有满足买方强制要求时,才进行泵的选型工作。


交货期

根据上述初步选型,估算交货期。只有满足交货期时,才进行泵的选型工作。


新投资项目或老项目改造

如果属于老项目改造,会涉及到泵的性能匹配、原电机配用功率、基础安装、泵进/出口接口方向及现场接管规格等问题,进而影响到泵的设计、制造成本和交货期。


高吸入压力工况

对于高吸入压力工况,很多泵制造商通常在标准离心泵基础上进行局部改进设计。为此,不仅需要对泵体、泵盖及主要紧固件的强度进行核算,还需要对轴承的寿命进行核算,同样会涉及到泵的设计、制造成本和交货期。


现场条件

有些现场缺少必要的公用工程条件(如无冷却水),会影响到泵的结构和配置。

选型经验:

(1) 尽可能选用滚动轴承,油脂润滑。

(2) 轴承架带散热片和/或风扇。

(3) 选用风冷却器。


运行方式

运行方式与离心泵的(内部)结构、材料、能效及驱动设备的选择相关。


选型经验:

(1) 连续运行或间歇运行。如炼油厂延迟焦化装置中的BB5型高压水力除焦泵,通常每天启停1~2次。间歇、频繁启动的运行方式决定了其不适合采用平衡盘式平衡机构。同时,泵的频繁启动,决定了泵轴必须采用刚性好且耐冲击的材料。

(2) 定速运行或变速运行。如火电厂高压锅炉给水泵,通常用于调峰工况、变速运行,以确保泵始终处于高效率区运行。


优化选型

通过上述初步选型、并考虑到影响选型的其它因素,会选出一种甚至多种泵型,如何在多种泵型中选出一款符合要求的最优化的产品?


选型经验:

(1) 重要工况用泵应首选技术成熟、安全可靠、且具有运行业绩的泵型。

(2) 当悬臂式泵与两端支撑型泵均满足标书要求时,应首选悬臂式泵。

(3) 当BB4与BB5型泵均满足要求时,应首选BB4型泵。

(4) 一些带外资的公司通常具有两种或两种以上技术,当多种技术泵均满足要求时,应首选成本较低的泵型。

(5) 当两种或多种选型的泵价格差异不大时,应首选效率高的泵型。

(6) 在满足性能及安全可靠性的情况下,应尽可能选择高转速的泵。

(7) 带前置增压泵的电站泵组,应选用4极电机+液力偶合器驱动,可用于调峰。

(8) 对于系统较简单的泵组或某些大流量工况,从泵的整个生命周期成本来看,采用多台较小的泵并联运行所花费的成本比2台大泵(1开1备)运行可能更低,并且在较小负荷下更节能。

(9) 对于系统较复杂的大型泵组,如核电站常规岛主给水泵组,3台50%容量(2开1备)比5台25%容量(4开1备)的泵组更便宜,操作维护也方便。


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