周豫鴿

(洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究所有限公司，河南洛陽(yáng) 471039)

0 引言

泵屬于精密機(jī)械，尤其是大口徑、高溫、高壓泵，如果布置不當(dāng)或配管不合理，不僅會(huì)對(duì)其安裝、操作和檢修帶來(lái)不便，而且還會(huì)使泵本身因受外力影響而發(fā)生變形、產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，引起軸和軸承的損壞，造成裝置停產(chǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以泵的配管盡管簡(jiǎn)單，但要想使各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)得更得體也是需要認(rèn)真考慮和周密研究的。

1 泵的平面布置

泵的平面布置應(yīng)首先滿(mǎn)足裝置設(shè)備布置所遵循的一系列規(guī)范要求，如GB50160－92石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范，GBJ16－97建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范等，還要根據(jù)工藝流程及用戶(hù)提出的要求來(lái)確定泵的布置方式。

泵的布置方式有露天布置、半露天布置和室內(nèi)布置三種。除嚴(yán)寒地區(qū)外，都可露天或半露天布置。因?yàn)槁短觳贾玫谋?，通常集中布置在管廊的下方或?cè)面，也可分散布置在被抽吸設(shè)備的附近;半露天布置的泵，一般也在管廊下方布置，在上方管道的上部設(shè)頂棚，或?qū)⒈貌贾迷诳蚣艿南聦拥孛嫔?，以框架平臺(tái)作為頂棚，這種布置方式多適用于雨水量大的地區(qū)，這些泵可以根據(jù)與泵相關(guān)設(shè)備的布置要求，將泵布置成單排、雙排或多排。按這兩種方法布置的泵，不僅操作、檢修方便，而且可減少建筑物，有利于自然通風(fēng)，防止可燃?xì)怏w積聚，有利于安全生產(chǎn);還有重要的一方面就是減少占地。所以，在土地費(fèi)用高，用地緊張的地區(qū)，應(yīng)積極推薦這兩種方式。而在寒冷或多風(fēng)沙地區(qū)應(yīng)將泵布置在室內(nèi)，或者是如果工藝過(guò)程要求設(shè)備布置在室內(nèi)時(shí)，其所屬的泵也應(yīng)在室內(nèi)布置。實(shí)際上，隨著設(shè)備制造水平的提高，過(guò)程控制手段的進(jìn)步和生產(chǎn)管理的科學(xué)化以及對(duì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)與控制能力的加強(qiáng)，露天化和半露天化布置已成為設(shè)備布置的趨勢(shì)。

泵的布置方式確定完以后，再來(lái)考慮泵的排列方式。在裝置內(nèi)一般將塔、罐、換熱器、管廊、構(gòu)筑物等布置后，再確定泵的位置。通常由于管廊與塔、罐平行布置，所以泵布置在管廊下或管廊與塔、容器之間，平行與管廊排成一列。當(dāng)吸入條件苛刻時(shí)，則將泵按流程需要分別布置在塔和容器附近。

當(dāng)大小不同的泵成排布置時(shí)，在了解了泵的大體情況，如泵的外形、嘴子方向等，并對(duì)工藝流程大概了解后，便可以對(duì)其配管做出大致的平面規(guī)劃。這種情況下就可以考慮采用將泵端基礎(chǔ)端面取齊，同時(shí)把型號(hào)差別不大的泵按泵端第一個(gè)嘴子或出口管道中心線取齊的方式排列。這樣布置的管道比較整齊，泵前也有了方便統(tǒng)一的操作面，橫梁或吊梁的設(shè)置也很方便，管架也容易規(guī)劃，而且便于設(shè)置排污管或排污溝以及方便基礎(chǔ)施工。也可采用泵的動(dòng)力端基礎(chǔ)面取齊的并列布置方式，這樣引向電機(jī)的電纜接線容易且經(jīng)濟(jì)，泵的開(kāi)關(guān)和電流盤(pán)在一條線上取齊，不僅排列整齊，且電動(dòng)機(jī)端容易操作。但是泵的大小差別很大時(shí)可能造成吸入管過(guò)長(zhǎng)，具體采用哪種布置方式，還應(yīng)視具體情況而定。當(dāng)泵成雙排布置時(shí)，宜將兩排泵的動(dòng)力端相對(duì)，在中間留出檢修通道［1］。

確定了泵的檢修面和操作面后，下一步就是確定泵的位置和閥門(mén)的位置，即泵的間距。這里主要是考慮操作通道和檢修空間兩方面的因素。布置操作通道時(shí)，應(yīng)考慮伸出基礎(chǔ)的配管、電機(jī)及按鈕操作等尺寸，確保其凈操作空間不小于750 mm。雙排布置的泵，兩電動(dòng)機(jī)之間距離為1 500～2 000 mm，泵端前面的操作檢修通道，可能有小型叉車(chē)通行時(shí)其寬度不小于1 250 mm，多級(jí)泵前方則不小于1 800 mm。如果驅(qū)動(dòng)設(shè)備為蒸汽透平時(shí)，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥組和疏水閥組的占地。應(yīng)該指出的是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，隨著管道規(guī)劃的不斷深入，泵的布置和間距也應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整，直到管道規(guī)劃結(jié)束。對(duì)于小型泵，如比例泵、柱塞泵、小齒輪泵等可考慮縮小間距，并可采用聯(lián)合基礎(chǔ)，以便從基礎(chǔ)外圍進(jìn)行維護(hù)和操作。

2 泵的基礎(chǔ)

2．1 泵的外形及大小

泵的外形尺寸和底座由泵制造廠給出，確定基礎(chǔ)大小時(shí)可按地腳螺栓中心線到基礎(chǔ)邊150～250 mm估計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按預(yù)留孔方案考慮，施工時(shí)需待泵到貨后核實(shí)尺寸再施工。如果預(yù)留有困難時(shí)，(比如小型泵基礎(chǔ)本身已經(jīng)很小)可考慮地腳螺栓直埋，但必須確定泵的底座尺寸。

2．2 吸入管和出口管下部的空間

泵的基礎(chǔ)高度應(yīng)考慮泵的外形及大小，以及吸入管和出口管下部的空間(排液管、支架等)?？紤]排液管端部的空間之后，由A或B尺寸確定泵的基礎(chǔ)高度(見(jiàn)圖1)。一般泵的基礎(chǔ)面宜比地面高出200 mm，大型泵可高出100 mm;此外，還要根據(jù)泵的汽蝕余量和管線壓降的需要，確定塔、罐的最低液面，以提供較大的有效汽蝕余量。

圖1 泵的出口管線

2．3 小型泵

如比例泵、柱塞泵、無(wú)填料泵等，當(dāng)吸入管嘴垂向下時(shí)，可考慮將基礎(chǔ)適當(dāng)抬高，泵的基礎(chǔ)可取400～500 mm，使泵軸中心線高出地面600 mm。

3 泵的管道設(shè)計(jì)

3．1 泵配管的一般要求

(1)充分理解管道儀表流程圖(PI＆D)所示泵的管道流程，在滿(mǎn)足工藝要求的同時(shí)，還應(yīng)考慮泵正常運(yùn)行及維修檢查等要求，最后再?zèng)Q定配管形狀及規(guī)劃配管支架。

(2)泵是回轉(zhuǎn)設(shè)備，屬精密機(jī)械，一旦受到外力作用會(huì)發(fā)生變形、振動(dòng)和噪聲，甚至使軸承燒毀和損壞，因此泵都有荷載限制(容許荷載)，即泵制造廠規(guī)定的泵管嘴允許受力值，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮熱膨脹對(duì)泵的出入口管道的要求，以減少管道作用在泵管嘴處的應(yīng)力和力矩。

(3)在充分滿(mǎn)足管道柔性的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使出入口管道最短。

(4)規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮泵管道上的閥門(mén)及儀表同按鈕操作柱的關(guān)系，便于泵的啟動(dòng)和操作。

(5)規(guī)劃時(shí)除考慮泵的維修檢查所用的空間外，還應(yīng)考慮進(jìn)出口管道、閥門(mén)手輪不影響操作和檢查。

3．2 泵吸入管道設(shè)計(jì)

泵的進(jìn)出口位置是根據(jù)輸送液體的特性和操作條件(流量、揚(yáng)程)等的要求，分為:頂－頂，端－頂，側(cè)－側(cè)和側(cè)－頂四種，單級(jí)泵一般出口在頂部，位于泵中心線的一側(cè)，而入口側(cè)一般位于頂部或軸向吸入［2］。下面就以軸向吸入為例來(lái)探討一下泵吸入管道設(shè)計(jì)的一般要求及其配管。

泵吸入管道設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到泵能否處于正常工作狀態(tài)，其設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題。

3．2．1 管路走向

為防止泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，其吸入管系統(tǒng)的有效汽蝕余量至少是泵所需要的汽蝕余量的1．2倍，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)法增加管系的有效汽蝕余量。當(dāng)塔或罐的最低液面與泵的入口中心線高度確定后，為提高有效汽蝕余量，應(yīng)減少入口管道系統(tǒng)的阻力，盡可能縮短管道長(zhǎng)度、減少?gòu)濐^數(shù)量，使壓力損失最?。?］。

由于吸入管系統(tǒng)的氣體積聚也會(huì)產(chǎn)生汽蝕，所以泵入口變徑管的安裝應(yīng)使氣體不在變徑處積聚，而且泵吸入管中途不得有氣袋，如確實(shí)難以避免，應(yīng)在高點(diǎn)設(shè)放氣閥。

對(duì)于高溫吸入管道的配管，需進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算以使其具有足夠的柔性來(lái)吸收熱脹冷縮量。

由罐區(qū)至泵的管道走向，為不出現(xiàn)氣袋以防止汽蝕和降低損失，應(yīng)穿越防火堤，使管墩上的管道保持最低位置。

3．2．2 閥門(mén)的設(shè)置

吸入管道上的閥門(mén)用于泵的切換、維修、檢查和清掃過(guò)濾器時(shí)切斷流體，因此，切斷閥應(yīng)盡可能地靠近泵嘴處設(shè)置，以最大限度地減少液體在閥與泵嘴之間的滯留量。

當(dāng)入口管道尺寸比泵嘴大一級(jí)時(shí)，泵入口切斷閥與管道尺寸相同;當(dāng)入口管道尺寸比泵嘴大兩級(jí)時(shí)，切斷閥尺寸比管道小一級(jí)。

閥門(mén)的安裝應(yīng)便于操作，手輪中心的高度不應(yīng)高于地面以上2m。但對(duì)于頂－頂式泵，有時(shí)可能不能滿(mǎn)足這一要求，尤其是直徑比較大時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置閥門(mén)操作平臺(tái)。另外，閥門(mén)手輪的方向應(yīng)力求布置一致，最好面向通道一側(cè)。

裝置外管墩上的泵配管，應(yīng)考慮閥門(mén)的操作及通行性，一般情況下應(yīng)設(shè)置操作走廊式平臺(tái)，閥門(mén)統(tǒng)一布置在操作走廊的兩側(cè)。

3．2．3 過(guò)濾器的安裝

在施工過(guò)程中，管道內(nèi)不可避免地會(huì)殘留些焊渣等雜物，因此在緊靠泵吸入管道切斷閥的下游，應(yīng)設(shè)置過(guò)濾器并應(yīng)確保清掃時(shí)取出金屬網(wǎng)所需的空間。抽取金屬網(wǎng)的方向及所需空間，因過(guò)濾器的形式而不同，所以必須確定過(guò)濾器的形式并對(duì)其結(jié)構(gòu)充分了解后再進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，還應(yīng)特別注意過(guò)濾器的安裝方向受流體流向的限制。

一般來(lái)說(shuō)，管道用過(guò)濾器分為T(mén)型(角式、直通式)過(guò)濾器、Y型過(guò)濾器和臨時(shí)過(guò)濾器三種，選用根據(jù)具體情況和統(tǒng)一規(guī)定的要求來(lái)確定。通常來(lái)講，管道公稱(chēng)直徑大于100 mm的用T型過(guò)濾器，DN100 mm以下的用Y型過(guò)濾器，臨時(shí)過(guò)濾器安裝在對(duì)泵調(diào)校影響較小的場(chǎng)合。

3．3 泵出口管道設(shè)計(jì)

泵的出口管道設(shè)計(jì)，由于它的壓力損失要求不像入口管道那樣嚴(yán)格，有氣袋也是允許的，所以其配管重點(diǎn)在操作方面，設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下問(wèn)題。

(1)止流體倒流引起泵葉輪的損壞，在泵出口與第一道切斷閥之間設(shè)止回閥，止回閥直徑應(yīng)等于切斷閥直徑。泵出口管垂直向上時(shí)，在止回閥上方應(yīng)設(shè)排液閥。

(2)安裝在立管上的止回閥，可能會(huì)造成切斷閥安裝高度的增加，給操作造成不便，這時(shí)可以考慮選用結(jié)構(gòu)尺寸較小的對(duì)夾式止回閥來(lái)降低切斷閥的標(biāo)高，或?yàn)楸阌谥Ъ艿陌惭b，把止回閥設(shè)置在水平管上。

(3)頂部吸入和排出的泵，在其兩嘴間距很小時(shí)，可采用偏心大小頭以加大間距，以滿(mǎn)足泵進(jìn)出口閥門(mén)的安裝位置和拆卸要求，必要時(shí)可在出口管上采用45°彎頭，此時(shí)，兩彎頭焊縫之間的間距不應(yīng)小于80 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

泵是各類(lèi)化工裝置中最為常見(jiàn)的一種機(jī)械，于是泵的布置與配管也就成為了裝置布置及配管設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和重要組成部分，必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且應(yīng)充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作情況，做到安全性能好并且經(jīng)濟(jì)合理。

［1］ SH3011－2011．石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2011．

［2］ 王懷義．石油化工管道安裝設(shè)計(jì)便查手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)石化出版社，2007．

［3］ 張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)石化出版社，2007．