張 艷

（貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

液體瀝青作為鋁用陽極制品的重要原料之一，若其輸送過程出現(xiàn)問題，則會影響在整個(gè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。瀝青輸送障礙在實(shí)際生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為瀝青泵流量、壓力與功率不匹配，導(dǎo)致瀝青無法輸送到指定設(shè)備或者泵腔內(nèi)空轉(zhuǎn)、積存大量空氣，引起氣蝕進(jìn)而造成泵體震動(dòng)和大量噪音。由此可見，對瀝青泵關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選取合適的瀝青泵有重要意義。

1 瀝青輸送泵的種類選擇

目前不同行業(yè)采用的輸送泵主要有離心泵、往復(fù)泵、齒輪泵、流體作用泵等，而齒輪泵和螺桿泵適用于粘性液體的輸送。從國內(nèi)外炭素工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，齒輪泵應(yīng)用廣泛，且能有效滿足生產(chǎn)要求。同時(shí)，瀝青在輸送過程中需要保持一定的溫度，因此，選用帶夾套保溫的齒輪泵作為瀝青的輸送泵。

2 齒輪泵的參數(shù)計(jì)算

確定夾套齒輪泵為瀝青輸送設(shè)備后，再對泵的工藝參數(shù)做計(jì)算。下面以某炭素廠150kt/a陽極為例做設(shè)計(jì)選型計(jì)算。此廠共兩個(gè)高樓部，故單條生產(chǎn)線產(chǎn)能為75kt/a。在生產(chǎn)過程中，液體瀝青需由瀝青貯槽輸送至高樓部的瀝青高位槽。

2.1 流量、流速與輸送管徑的確定

根據(jù)瀝青配方量可計(jì)算出單條生產(chǎn)線瀝青用量為2m3/h，考慮到泵的非連續(xù)工作性質(zhì)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選取泵流量Q=8m3/h較為合適。

此輸送管路中的液體瀝青溫度為180℃，此時(shí)粘度為0.15Pa.s。瀝青經(jīng)濟(jì)流速u為0.5～1/s，因其粘度較大、輸送距離較遠(yuǎn)，宜選用較低流速，取u=0.5m/s。將各項(xiàng)值代入公式計(jì)算出泵吸出管徑的合理取值：

故取φ89mm的標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管即可滿足要求。

2.2 壓力降的計(jì)算

式中：△pH—靜壓力降，Pa；△pV—加速度壓力降，Pa；△pf—阻力壓力降，Pa；ZA、ZB—管道起點(diǎn)、終點(diǎn)的標(biāo)高，m；u1、u2—管道起點(diǎn)、終點(diǎn)的流速，m/s。

根據(jù)工藝條件：ZA=0.800，ZB=21.575；瀝青貯槽和瀝青高位槽的截面比瀝青管道截面大的多，可認(rèn)為u1=0=u2；該瀝青在180℃下的密度ρ=1220kg/m3。

將ZA、ZB、u1、u2、ρ帶入式（1）中，得出 ：

△p=248385.9Pa+△pf=248.39kPa+△pf。

從上式中可看出，只要算出流體阻力壓力降，便可計(jì)算出整個(gè)管路中的壓力降。

2.2.1 流體阻力壓力降計(jì)算

管路中的流體阻力為直管段阻力與局部阻力之和，即：△pf=△pfz+△pfj

式中：△pf—整個(gè)管路阻力壓力降，Pa；△pfz—直管段阻力壓力降，Pa；△pfj—局部阻力壓力降，Pa。

（1）直管阻力壓力降計(jì)算

根據(jù)達(dá)西(Darcy)公式：

式中：λ—摩擦因子，無量綱；l—直管段長度，m；d—輸送管內(nèi)徑，m；u—瀝青在管路中的流速，m/s；ρ—瀝青密度，kg/m3。

摩擦因子λ與管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的雷諾數(shù)Re和管壁相對粗糙度ε/d有關(guān)。雷諾系數(shù)

式中：d—輸送管內(nèi)徑，m；u—瀝青在管路中的流速，m/s；ρ——液體瀝青密度，kg/m3；μ——液體瀝青粘度，Pa.s。

將各數(shù)值代入公式計(jì)算出：

Re=0.081×0.5×1220/0.15=329。

當(dāng)Re＜2000時(shí)，介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)屬于層流，不論光滑管或粗糙管λ均可按下式計(jì)算：。此管路直管長度l=107m，將λ=0.19、l=107m帶入式（2），得出△pfz=38.28kPa。

（2）局部阻力壓力降計(jì)算

管道的局部阻力壓力降是各個(gè)管件的局部阻力壓力降之和。管件的局部阻力壓力降可用阻力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。即：

查化工管路設(shè)計(jì)手冊可得出各管件的阻力系數(shù)，見表1。

表1 管道附近和閥門局部阻力系數(shù)

將表中數(shù)據(jù)帶入式（3），計(jì)算得出：

△pfj=（0.5+6.4×4+0.75×16+1.0）×0.52×1220÷2=5926.8Pa=5.93kPa

（3）管路中流體阻力壓力降計(jì)算

△pf=△pfz+△pfj=38.28+5.93=44.21kPa

2.2.2 管道壓力降計(jì)算

由2.2知，管道壓力降為：

△p=1.15×(248.39kPa+△pf)=1.15×(248.39+44.21)=336.49kPa(式中1.15為安全系數(shù))，從而瀝青輸送泵壓力取值p=0.5MPa則可滿足生產(chǎn)需求。

3 瀝青泵輸出功率的計(jì)算

瀝青泵所需的有效功率為：

泵的總效率取η=60%，則泵的實(shí)際功率Ne為：

通過上述計(jì)算可以得出泵的理論參數(shù)：功率N=1.25 kW，壓力P=336.49kPa即可滿足生產(chǎn)需要，但在實(shí)際選型中通常乘以1.1～1.2的系數(shù)。

4 結(jié)語

本文以具體生產(chǎn)為例，根據(jù)瀝青的特殊性質(zhì)，選擇夾套保溫齒輪泵作為瀝青輸送泵，并在已知瀝青溫度、粘度、瀝青泵輸送流量的情況下，通過計(jì)算得出瀝青泵所需的壓力及電機(jī)功率參數(shù)，為瀝青泵的合理選型提供了可靠根據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，若遇到瀝青泵出現(xiàn)故障，在排除其他原因后，可根據(jù)此方法核算瀝青泵的參數(shù)選擇是否合理。