一、前言

隨著國內(nèi)化工企業(yè)的迅猛發(fā)展，石油化工、化學工業(yè)、電站電廠、多晶硅、食品制藥、半導體、微電子以及水處理等諸多行業(yè)對泵設備的需求量不斷擴大。由于不同化學介質(zhì)各自的復雜特性，在化工離心泵選型中必然與普通水泵有很大的不同，不僅要考慮需要多少流量和揚程，更要對介質(zhì)做充分的了解，包括介質(zhì)的溫度、黏度、密度、濃度、pH值、腐蝕性、毒性以及是否含有固體顆粒等一系列問題都要考慮，從而選擇適用且經(jīng)濟的泵設備滿足實際工況要求。下面對臥式化工泵和旋渦泵在選型中的特點及應用進行詳細闡述。

二、化工泵選型要點

1.泵的標準

根據(jù)工程公司及設計院的規(guī)定，對化工泵的設計標準往往被指明，根據(jù)不同的需求，有不同設計標準的化工泵與其相對應。其一為符合美國石油協(xié)會API610標準的石油化工流程泵，這種泵在設計上的使用壽命為20年，要求可以連續(xù)運轉至少3年，壓力等級為5.0MPa以上，法蘭連接等級至少為ANSI300磅[1]。一般在關鍵性設備或輸送危險性介質(zhì)時使用API泵，或在重載荷工況范圍時或業(yè)主指明需要API標準的泵時才選用API泵。其二為符合ISO5199標準的化工離心泵，這種泵的壓力等級為2.5MPa以及1.6MPa，一般為中、輕型載荷用泵，當介質(zhì)溫度低于260℃，額定揚程低于120m，電動機功率小于110kW·h[1]，選用ISO泵既可以滿足使用要求，也可以減少采購費用。其余還有GB標準、ANSI標準的化工離心泵，這兩類泵與ISO泵標準的范圍與要求基本相同，選型中基本可以直接對應，只是

在法蘭標準上要根據(jù)不同的要求對應。

2.化工泵的形式根據(jù)泵使用場合、應用范圍的不同，有不同形式的泵相對應，API標準中就有近20種泵型。根據(jù)流量的大小，可以選擇單吸泵、雙吸泵，根據(jù)揚程的高低，可以選擇單級泵、多級泵，根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件和運轉條件，可以選擇液下泵、潛水泵、臥式泵、立式泵、直聯(lián)型泵以及一體型泵，根據(jù)流量揚程的綜合因素，可以選擇小流量高揚程的旋渦泵、大流量低揚程的軸流泵、大流量中揚程的混流泵、中流量高揚程的離心泵，根據(jù)電動機驅動方式的不同，可以選擇磁力泵、電動 機直聯(lián)和屏蔽式。一般工程公司及設計院在前期設計時，多數(shù)已經(jīng)確定了泵的形式，不需要另外選擇和判斷，但在某些類似案例重復出現(xiàn)的時候，也可以對泵的形式提出另外的建議。某化工企業(yè)項目在輸送甲苯、乙苯、丙苯、苯乙烯、焦油、液化石油氣及烷類介質(zhì)的工位中要求使用無泄漏泵，客戶考慮采用化工離心泵串聯(lián)式干氣密封，出于泵長期使用的安全性、易操作維護、減少現(xiàn)場管路布置等的考慮，建議用戶選用磁力驅動泵，采用磁力驅動方式既可以達到介質(zhì)無泄漏，又可以減少設置PLAN沖洗方案時的復雜管路配置，如提供外部供給阻隔氣體用于干氣密封的PLAN74配置。最終方案被采納并順利投入生產(chǎn)。某企業(yè)需要泵輸送MTBE、異丁烯等介質(zhì)，流量在1～3m3/h之間，揚程在70～150m，客戶考慮使用多級離心泵，根據(jù)旋渦泵的小流量高揚程、具有定量性、可通過變頻調(diào)節(jié)流量的特點進行了推薦，而且旋渦泵比多級離心泵占地體積小、結構簡單、適應急停急起運行，業(yè)主通過實際應用也對旋渦泵在該工況下的穩(wěn)定性感到滿意。

3.流量和揚程無論對于化工泵還是普通水泵，對流量和揚程的選型基本原則都是相同的，即最大需要流量和最高需要揚程點落在最高效率點的左側，一般在額定流量的30%～70%之間選型比較適合。在化工離心泵選型中，影響流量揚程點的因素有很多，主要為以下幾種情況：

（1）輸送介質(zhì)中含有微量細微顆粒時（固體粒徑小于100μm） 普通化工離心泵的閉式葉輪結構就無法應對，一方面可以進行性能修正，揚程和效率比輸送清水時的值下降同一個比例。另一方面，根據(jù)顆粒含量的多少及顆粒大小考慮將閉式葉輪改為半開式葉輪或開式葉輪，而這種葉輪形式的改變也將會影響泵在性能上的降低，在沒有開式葉輪泵性能測試報告的時候，根據(jù)經(jīng)驗值可以按照5%～10%的性能下降比例來進行選型估算。

（2）介質(zhì)為放射性危險液體、有毒有害液體或不允許泄漏物質(zhì)時 磁力驅動離心泵起到了很好的密封作用，通過磁力驅動的化工離心泵與電動機直接驅動的化工離心泵，由于磁驅的作用泵性能也有所下降，根據(jù)選型經(jīng)驗一般按20%～25%考慮計算，泵選型配用的電動機功率也需要相應增加。

3）離心泵輸送介質(zhì)為清水時 沒有黏度因素影響泵的性能。但當介質(zhì)黏度超過20cP（1cP=10－3Pa·s，下同）時，泵性能開始下降，例如泵輸送清水介質(zhì)時的性能為流量60m3/h，揚程110m，當輸送介質(zhì)黏度為30cP時，性能下降為流量55.6m3/h，揚程108m，當輸送黏度為200cP的介質(zhì)時，此泵的流量為40m3/h，揚程為104m?；るx心泵選型建議輸送介質(zhì)的最大黏度范圍在300cP以下，可以查表或用“黏性液體性能修正程序”來計算性能下降值。

旋渦泵的選型，由于其是全開式起動，靠出口閥門的調(diào)節(jié)控制吐出壓力，與離心泵閉式起動，通過調(diào)節(jié)閥門控制流量的方法不同，所以在選型中，旋渦泵的主參考值是吐出壓力，通過先查到性能曲線對應的壓力點再查對應的流量點，與離心泵選型正好相反，兩者的選型步驟分別如圖1、圖2所示。

圖1 旋渦泵選型示意圖 

 圖2 離心泵選型示意圖

所以旋渦泵選型可以不用遵照選型點在性能曲線最高效率點左側這樣的規(guī)則，由于旋渦泵流量越大功率越低，流量越小功率越高，所以只要在選型時注意，不要靠壓力的過分增大來得到小流量即可，過高的壓力值會增大電動機的負載，接近關死點的流量會使液體在泵體流道內(nèi)形成自循環(huán)，從而使液體的溫度快速的升高加重泵自身的負擔。旋渦泵的部分結構特點介于離心泵和容積泵之間，最高可以輸送黏度在300cP以下的介質(zhì)，但性能也會隨著黏度的

增大急劇下降。圖3、圖4中的虛線線條分別示意了旋渦泵和離心泵在輸送黏性介質(zhì)時的性能遞減率，以介質(zhì)黏度為30cP為例，對各性能值進行比較。

 圖3 旋渦泵黏度換算后性能曲線

 圖4 離心泵黏度換算后性能曲線 

 由圖中可以看出，旋渦泵受黏度變化的影響比離心泵大。

4.化工泵材質(zhì)選擇

泵輸送介質(zhì)的腐蝕性各不相同，普通清水離心泵在材質(zhì)選擇上沒有特別的要求，一般情況下選用鑄鐵材質(zhì)就可以滿足要求?；るx心泵對于材質(zhì)的選擇就復雜得多，介質(zhì)的物理屬性、化學特性、濃度和溫度都是考慮的因素。材質(zhì)的選擇包括過流部件所有材質(zhì)的選擇，泵體、葉輪、軸套、主軸和密封件

代表了過流部件的主要部分，而歸結起來就是金屬材料的選擇和非金屬材料的選擇。以醋酸為例，濃度為50%以下的常溫醋酸可選擇過流部件的材質(zhì)最低要求為不銹鋼304，當濃度為80%時，過流部件材質(zhì)最低要求為不銹鋼316，而80%濃度的醋酸當運行溫度達到80℃以上時，可選擇的過流部件材質(zhì)為20號合金。但當輸送介質(zhì)為鹽酸時，即使?jié)舛鹊陀?/span>10%，金屬材料則不如塑料材質(zhì)那么適用了，需要考慮選擇橡膠內(nèi)襯容積式泵或磁力驅動式離心泵。非金屬材料中的橡膠類一般在泵的機械密封輔助環(huán)、密封墊及O形環(huán)中使用，對于常溫油類介質(zhì)多數(shù)選用丁腈橡膠，高溫情況下選用氟橡膠，對于腐蝕性強介質(zhì)聚四氟乙烯的對應范圍是相對最廣的。碳化硅、石墨和碳化鎢是機械密封動環(huán)、靜環(huán)的主要選用材料，其選擇主要與介質(zhì)里是否含有顆粒，是否聚合或結晶及其硬度、腐蝕性有關系[2]。

5.化工泵密封形式

化工離心泵中運用最多的就是機械密封，普通清水泵則可以選擇填料密封或單端面機械密封。在化工離心泵中，根據(jù)介質(zhì)在溫度、顆粒度上的不同情況，可以選擇不同的機械密封形式，API標準用泵要求選用集裝式平衡型機械密封，高溫介質(zhì)或含微細顆粒介質(zhì)選用金屬波紋管機械密封，易揮發(fā)介質(zhì)或有毒有害介質(zhì)選用雙端面機械密封。機械密封輔助沖洗裝置的選擇在化工離心泵選型中也是非常重要的部分。表1列出了化工離心泵選型中最典型也最常用的PLAN沖洗方案的應用特點。表1 密封管路系統(tǒng)的選擇API 方案選擇及應用PLAN 01、PLAN 11

適用于清潔液體或非高溫液體，對泵進行自沖洗PLAN 21、PLAN 23針對介質(zhì)高溫的情況，介質(zhì)通過冷卻器后降溫，再對機械密封進行冷卻PLAN 32外部注入沖洗液，對帶微量顆粒介質(zhì)在機械密封腔的沉積進行沖洗PLAN 53為雙端面機械密封配套的輔助裝置，起到的效果是加壓冷卻，利用儲液罐中的液體或氣體對介質(zhì)向大氣側的泄漏作有效阻隔PLAN 54為雙端面機械密封配套的輔助裝置，通過緩沖液與密封腔內(nèi)介質(zhì)相溶，通過外部循環(huán)來對機封進行冷卻對介質(zhì)進行隔離PLAN 62針對介質(zhì)結晶現(xiàn)象進行的急冷處理選擇恰當?shù)臋C械密封形式和輔助沖洗方案對化工離心泵的可靠運行起著決定性作用。6.電動機選型化工離心泵配用電動機的形式多為防爆電動機，也有考慮用增安電動機、高效電動機或變頻電動機的?？梢愿鶕?jù)泵運行點軸功率的大小，乘上不同的功率余量系數(shù)得到需要的電動機配套功率，一般按照表2中的劃分來計算。也可以按照泵在最大流量點的軸功率來計算配套電動機功率。介質(zhì)密度大于1×103kg/m3時，需要在軸功率上乘以密度系數(shù)來選配電動機，介質(zhì)密度小于1×103kg/m3時，系數(shù)按照1來考慮。表2 離心泵功率余量系數(shù)泵的軸功率P軸/kW≤1515＜P軸≤55＞55電動機功率余量系數(shù)1.251.151.1根據(jù)設計院的要求電動機的防爆等級、防護等級、絕緣等級基本已經(jīng)選定，但其提出的往往只是最低要求，這時就需要根據(jù)電動機廠家的實際產(chǎn)品來進行選擇。如設計院指定用防爆等級為DIIAT3的電動機，一般國內(nèi)電動機廠家防爆電動機的標準配置防爆等級為DIIBT4，降低防爆等級在價格上和供貨周期上并沒有任何優(yōu)勢，這時參照電動機廠家的技術參數(shù)進行選擇即可。在選型中，防爆等級DIIBT4可以滿足大多數(shù)介質(zhì)對防爆電氣設備的要求，但輸送二硫化碳介質(zhì)時，根據(jù)其爆炸特性，需要選取防爆等級為DIICT5的電動機以適應介質(zhì)對電氣元件升溫區(qū)域的要求。根據(jù)不同運行工況點配泵的大小，設計院一般要求配用電動機功率在220kW上時電動機選用高壓電動機，所以如果選擇的泵的效率值較高的話，電動機功率在同等情況下不超過該值時，將在整體價格和電能節(jié)約上體現(xiàn)優(yōu)勢。

7.其他注意項

汽蝕余量的計算基于管路損失、介質(zhì)飽和蒸汽壓和抽吸方式的綜合計算。一般NPSHa要至少比NPSHr高0.6m或其比值為1.2～1.3左右。為滿足汽蝕余量的要求，需要在流量揚程選型階段同時注意NPSHr的性能值，如果2極電動機配泵無法滿足要求時，可以考慮用4極電動機降低轉速從而降低NPSHr值，當然這樣會使泵的型號增大一到兩擋，這時就需要和使用方溝通取舍。但是為達到降低泵的必需汽蝕余量值，并不能盲目地在泵進口安裝誘導輪，泵的設計計算參數(shù)要與誘導輪的設計相匹配，否則將適得其反。選型中使用方需求的工況點往往不可能正好落在額定葉輪的曲線上，這樣對葉輪的切割后性能計算及切割范圍也是選型中要注意的。葉輪的切割量根據(jù)葉輪直徑的大小不同取9%～15%的范圍，根據(jù)相似理論的換算，切割后電動機功率相應按比例減小，汽蝕余量值隨著泵流量的增大而增大，且變化率逐步擴大。

國內(nèi)標準工業(yè)電源為380V50Hz，但在選型工作中，也會遇到化工離心泵需要在異電壓、異頻率下使用的情況，由于頻率的不同改變了原有電動機的轉速，選型中同樣要注意由此帶來的泵性能上的變化。

三、化工泵選型實例

某多晶硅裝置用泵，位號P0402ab，輸送介質(zhì)為15%堿液，固體含量≤2%，粒度≤6mm，運行溫度32℃，正常溫度下的密度1 287kg/m3，黏度3.2cP，流量60～72m3/h，進口壓力0.069～0.088MPa，出口壓力0.419MPa，正常溫度下的汽化壓力0.007 8MPa，額定揚程28m，自吸高度4m，有效汽蝕余量3.9m。根據(jù)業(yè)主指定的泵標準為GB5656，泵的形式選型為臥式單級自吸式化工離心泵，按照運行工況點來查看性能曲線，通過NPSHa與NPSHr的比較，選取4P電動機降低轉速來滿足要求，由于堿性介質(zhì)中含有少量固體顆粒，將葉輪選取為半開式結構，由于運行工況溫度和壓力等級要求都不是很苛刻，所以選用底腳支承懸臂式安裝結構，選定化工離心泵的型號為1080CTZK—2SOSC—4P—T。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和含固量，需要既耐腐蝕又耐磨的材質(zhì)來對應，選擇過流部件材質(zhì)為雙相鋼UNS31803，機械密封選用單端面內(nèi)裝非平衡型機械密封，輔助PLAN32沖洗。選型中要注意介質(zhì)的密度大于1×103kg/m3，所以在計算電動機功率的時候要用泵的軸功率乘上該值，計算后得到配用電動機功率為30kW，4極1 450r/min，防爆等級DIICT4，防護等級IP55，絕緣等級F。至此，該位號化工離心泵的基本選型完成。

某丙烯酸項目，位號P5621AB，輸送介質(zhì)為AA、ACA水溶液，相對密度1.02，操作溫度61～85℃，汽化壓力22.3kPa，泵送溫度下的黏度0.4cP，正常流量2.5m3/h，排放壓力846kPa，壓差851kPa，揚程85m，N

PSHa為7.0m。選型時先比較此工況下離心泵和旋渦泵各自的性能范圍，由于此工況流量小，揚程高，如果選擇單級離心泵將導致泵機偏大，電動機功率較高，如果選擇多級離心泵則運行慣性大，結構復雜化，所以對此工況最適合的產(chǎn)品類型就是旋渦泵。根據(jù)由出口壓力值對應性能曲線上的點再對應得到流量的方法，選出的型號為50SP1—SC，根據(jù)介質(zhì)的化學性質(zhì)，選擇接液材質(zhì)為不銹鋼304材質(zhì)，密封為單端面機械密封加PLAN 32沖洗方案。NPSHr為

2.8m，配用電動機7.5kW，4極電動機，DIIBT4防爆等級，防護等級IP55。

以上兩個例子的選型應該算是比較簡單的，在很多項目中遇到的選型要求更苛刻更復雜，所以要對各類泵產(chǎn)品的特點和應用范圍充分了解和掌握，第一時間判斷需求產(chǎn)品的類型和結構特點，做到準確選型快速對應。

四、結語化工離心泵的合理選型是一件十分重要的工作。如果選擇不當，泵工作中揚程偏高或偏低，流量偏大或偏小，或材質(zhì)不耐腐蝕，泵結構不適于該液體的物性等等，不僅滿足不了生產(chǎn)要求，并且效率低，壽命短，造成極大的能源浪費和設備損失。所以化工離心泵的選型要求更高，需要考慮的因素更多，在掌握常用普通離心泵的構造特點的基礎上，把化工離心泵及其他特殊泵的工作機理、輸送性能等貫穿起來，加以全面考慮、分析比較諸多影響因素，從中找出關鍵問題，并根據(jù)主觀、客觀條件和節(jié)約原則，盡可能做到選型相對合理[3]。 

參考文獻

[1] 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊

[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[2] 范德明，化工部化工設備設計技術中心站機泵技術委員會.工業(yè)泵選用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1998.

[3] 黃世橋.化工用離心泵[M].北京：化學工業(yè)出版社，1982