简述石化装置中泵的布置及管道设计
李光 烟台万华化工设计院有限公司 山东 烟台 264006
摘要：
本文结合相关标准规范和文献资料，对石油化工装置中泵的布置及附属管道的设计要求及注意事项作了简要概述，以供参考。
关键词：泵 布置 管道 支架
Arrangement and Pipeline Design for Pump in petrochemical units
Liguang
Yantai Wanhua Chemical Engineering Design Co.,Ltd,Yantai,264006,China
Abstract :The paper, combined with the relevant standards and literature, mainly introduces the demand of the pump arrangement and piping in petrochemical units.
Key words: the pump arrangement piping hangers
1.概述
泵是石油化工装置中最普遍的设备，主要用于化工原料、中间产物及最终产品等的输送和增压。对于石化生产中的大口径、高压泵及特殊介质泵，泵的布置不当会造成泵的安装检修、操作不方便；配管不合理可能会造成管道、阀门重量及管道热应力产生的力和力矩超过泵口允许最大外荷载，损害泵本身，甚至造成生产装置的停车。笔者结合相关设计规范及自身工作设计经验，对泵的布置和配管进行简要的归纳总结。
2.泵的布置
2.1泵的布置方式
泵的平面布置应首先满足装置设备布置所遵循的规范要求，之后要考虑方便操作与检修，最后是注意美观整齐。当起吊设备无法靠近质量较大泵及驱动机时，应设置检修固定式起重设施（如吊梁、电动葫芦等）。
泵的布置方式有露天布置、半露天布置和室内布置三种。输送高温介质的热油泵和输送易燃、易爆、有毒介质的泵宜采用露天或半露天布置；对于多风沙或寒冷地区，泵宜布置在室内。
2.2泵的布置要求
考虑泵的设备布置时，一般要重点注意以下几个方面：
①成排布置的泵应根据防火要求、操作条件和物料特性分组布置，露天、半露天布置时，操作温度等于或高于自燃点的可燃液体泵宜集中布置；与操作温度低于自燃点的可燃液体泵之间防火间距不小于4.5m。②两排对称布置的泵，宜将泵的驱动端相对，中间应留出检维修通道。泵的出口中心线应取齐，使泵的出口管整齐，也方便操作。③管廊下方或管廊外侧布置泵，泵头端前面的操作通道至少保留1 m，两排泵之间的净距不小于2 m，净高不小于3.2 m。④蒸汽往复泵的动力端和泵侧应有抽出活塞和拉杆的空间。⑤对于需设置移动式泵的场合，应考虑同类型的泵集中布置，使得移动泵处易通行又不妨碍其检修与操作。
2.3泵安装要求
离心泵并列布置时，泵出口中心线取齐，管道布置整齐的同时也便于设置排污管或排污沟及基础施工。
泵基础标高一般情况应高出地面100mm以上。泵基础高度首先要根据设备布置计算满足泵的气蚀余量和管道压降的需要，此外还需考虑泵吸入管下部空间(过滤器抽芯、排液管、支架等)。
3.泵的管道设计
泵的管道设计在熟悉泵选用的前提下，更要分理解管道和仪表流程图（PID），满足特殊工艺要求。
3.1泵的入口管道
泵入口管线主要考虑泵气蚀及振动的设计，需注意以下几个方面：
①泵的入口管道宜短而直，但必须具有一定的柔性，对较高温和高温管道做应力分析计算，使得泵嘴受力在要求范围内。②为避免气蚀现象，泵吸入管的有效气蚀余量至少为泵所要求气蚀余量的1.3倍。水平吸入的离心泵，其入口管变径应采用偏心异径管，不论管道向上或向下弯曲进泵时，异径管均应为顶平设计。③如果泵入口管道上安装过滤器，必须预留出抽芯空间，实际情况确实无法满足的考虑斜装或选择其它结构形式的过滤器。④为防止偏流、漩涡流使泵性能降低，单吸泵入口和入口弯头之间应设一段大于管径长度3 倍的直管段；为使得双吸泵两侧推力相等，叶轮平衡，双吸泵吸入管和弯头之间应设一段至少为管径长度5～10 倍的直管段。⑤当容积式泵的气蚀余量不能满足要求时，考虑入口管道上设置缓冲罐。
3.2泵出口管道
泵的出口管道需要重点考虑管道的压降和热应力。为防止介质倒流，在离心泵出口与第一道切断阀之间应设止回阀。泵出口压力表，应朝向泵的操作方向，设置在泵出口管道高点处，同时做管道的高点放空用。
对于容积式泵，一般在出口切断阀前设置安全阀，泵出口的管道上安装减振缓冲罐减小脉冲式振动。
3.3 泵的保护管道
3.3.1 暖泵线
泵在输送高温液体（200℃以上），且有备用泵时，设置泵的暖泵线，目的是避免两泵切换时高温液体急剧涌入泵内，造成泵体、叶轮受热不均损坏。
暖泵管道要注意以下事项：(1)对易凝介质，暖泵线阀门应安装在水平管上，尽量减少管道死区。(2)管道的限流孔板或调节阀门的安装要注意流体流向；(3)要确保阀门间净距不妨碍止回阀、切断阀的拆卸；备用泵启动前先开暖泵阀门，使热流体经过备用泵的泵体返回入口管，备用泵内温度升高后再开启。见图1。
图1 暖泵管道示意
3.3.2压力平衡线
对于石化装置中高扬程泵刚启动时，出口阀单方面受压过大，往往不易打开出口阀，可考虑设限流孔板的旁通线以平衡阀门前后的压力，方便出口阀开启。见图2。
图2 压力平衡管道示意
3.3.3小流量线
当泵工作流量低于额定流量30%时，就会产生径向推力，对泵运行非常不利。此外，为避免泵在低效率下更容易发生气蚀的情况，设置小流量线。小流量线原则上宜短，另外管道应接至吸入罐或其它系统上，不能接至泵的吸入管上。
3.3.4蒸汽平衡线
对于输送常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体或处于泡点状态液体的泵，为防止进泵液体产生气泡或气泡进入泵内发生气蚀，考虑设置平衡线。这种保护管道配置时应尽可能直、短和少拐弯。
图3 蒸汽平衡管道示意
4泵进出口管道支架的设置
4.1泵尤其是高温泵的进出口管道上设置合理的支吊架，力和力矩不得超过泵进出口所允许的最大管口载荷或API Std 610的要求。同时泵进出口管道上的管架布置应满足泵检修的支撑要求。
4.2往复式泵的出口管道应选用合适的支吊架型式和合理的跨距，增加管架的刚度。但第一个支架不能采用吊架。
综上所述，泵作为石化装置中应用最普遍的设备，其布置和配管显得尤为重要。因此，管道设计人员要严格按照相关标准规范的要求开展工作，设计时结合实际情况全面考虑，保障石化装置的正常工作。
参考文献
[1]石油化工工艺装置布置设计规范[S]．SH3011-2011.北京：中国石化出版社，2011.7．
[2]石油化工金属管道布置设计规范[S]．SH3012-2011.北京：中国石化出版社，2011.7．
[3]王怀义．石油化工管道安装设计便查手册[M]．北京：中国石化出版社，2010．
[4]张德姜，王怀义，刘绍叶．石油化工装置工艺管道安装设计手册[M]．北京：中国石化出版社．
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