化工离心泵选型
上海尼可尼流体系统有限公司 （201100） 林 霞
西门子（中国）有限公司上海分公司 （200120） 陈 波
的离心泵，根据电动机驱动方式的不同，可以选择磁力泵、电动 机直联和屏蔽式。一般工程公司及设计院在前期设计时，多数已经确定了泵的形式，不需要另外选择和判断，但在某些类似案例重复出现的时候，也可以对泵的形式提出另外的建议。某化工企业项目在输送甲苯、乙苯、丙苯、苯乙烯、焦油、液化石油气及烷类介质的工位中要求使用无泄漏泵，客户考虑采用化工离心泵串联式干气密封，出于泵长期使用的安全性、易操作维护、减少现场管路布置等的考虑，建议用户选用磁力驱动泵，采用磁力驱动方式既可以达到介质无泄漏，又可以减少设置P L A N冲洗方案时的复杂管路配置，如提供外部供给阻隔气体用于干气密封的P L A N74配置。最终方案被采纳并顺利投入生产。某企业需要泵输送M T B E、异丁烯等介质，流量在1～3m 3/h之间，扬程在70～150m，客户考虑使用多级离心泵，根据旋涡泵的小流量高扬程、具有定量性、可通过变频调节流量的特点进行了推荐，而且旋涡泵比多级离心泵占地体积小、结构简单、适应急停急起运行，业主通过实际应用也对旋涡泵在该工况下的稳定性感到满意。
3.流量和扬程
无论对于化工离心泵还是普通水泵，对流量和扬程的选型基本原则都是相同的，即最大需要流量和最高需要扬程点落在最高效率点的左侧，一般在额定流量的30%～70%之间选型比较适合。在化工离心泵选型中，影响流量扬程点的因素有很多，主要为以下几种情况：
（1）输送介质中含有微量细微颗粒时（固体粒径小于100μm） 普通离心泵的闭式叶轮结构就无法应对，一方面可以进行性能修正，扬程和效率比输送清水时的值下降同一个比例。另一方面，根据颗粒含量的多少及颗粒大小考虑将闭式叶轮改为半开式叶轮或开式叶轮，而这种叶轮形式的改变也将会影响泵在性能上的降低，在没有开式叶轮泵性能测试报告的时候，根据经验值可以按照5%～10%的性能下降比例来进行选型估算。
（2）介质为放射性危险液体、有毒有害液体或不允许泄漏物质时 磁力驱动离心泵起到了很好的密封作用，通过磁力驱动的化工离心泵与电动机直接驱动的化工离心泵，由于磁驱的作用泵性能也有所下降，根据选型经验一般按20%～25%考虑计算，泵选型配用的电动机功率也需要相应增加。
（3）离心泵输送介质为清水时 没有黏度因素影响泵的性能。但当介质黏度超过20cP（1cP=10－3Pa·s，下同）时，泵性能开始下降，例如泵输送清水介质时的性能为流量60m 3/h，扬程110m，当输送介质黏度为30c P时，性能下降为流量55.6m 3/h，扬程108m，当输送黏度为200c P的介质时，此泵的流量为40m 3/h，扬程为104m。化工离心泵选型建议输送介质的最大黏度范围在300c P以下，可以查表或用“黏性液体性能修正程序”来计算性能下降值。
旋涡泵的选型，由于其是全开式起动，靠出口阀门的调节控制吐出压力，与离心泵闭式起动，通过调节阀门控制流量的方法不同，所以在选型中，旋涡泵的主参考值是吐出压力，通过先查到性能曲线对应的压力点再查对应的流量点，与离心泵选型正好相反，两者的选型步骤分别如图1、图2所示。
图1 旋涡泵选型示意图
图2 离心泵选型示意图
所以旋涡泵选型可以不用遵照选型点在性能曲线最高效率点左侧这样的规则，由于旋涡泵流量越大功率越低，流量越小功率越高，所以只要在选型时注意，不要靠压力的过分增大来得到小流量即可，过高的压力值会增大电动机的负载，接近关死点的流量会使液体在泵
体流道内形成自循环，从而使液体的温度快速的升高，
加重泵自身的负担。旋涡泵的部分结构特点介于离心泵和容积泵之间，最高可以输送黏度在300c P以下的介质，但性能也会随着黏度的增大急剧下降。图3、图4中的虚线线条分别示意了旋涡泵和离心泵在输送黏性介质时的性能递减率，以介质黏度为30c P为例，对各性能值进行比较。
图3 旋涡泵黏度换算后性能曲线
图4 离心泵黏度换算后性能曲线
由图中可以看出，旋涡泵受黏度变化的影响比离心泵大。
4.材质选择
泵输送介质的腐蚀性各不相同，普通清水离心泵在材质选择上没有特别的要求，一般情况下选用铸铁材质就可以满足要求。化工离心泵对于材质的选择就复杂得多，介质的物理属性、化学特性、浓度和温度都是考虑的因素。材质的选择包括过流部件所有材质的选择，泵体、叶轮、轴套、主轴和密封件
根据设计院的要求电动机的防爆等级、防护等级、绝缘等级基本已经选定，但其提出的往往只是最低要求，这时就需要根据电动机厂家的实际产品来进行选择。如设计院指定用防爆等级为D I I A T3的电动机，一般国内电动机厂家防爆电动机的标准配置防爆等级为D I I B T4，降低防爆等级在价格上和供货周期上并没有任何优势，这时参照电动机厂家的技术参数进行选择即可。在选型中，防爆等级D I I B T4可以满足大多数介质对防爆电气设备的要求，但输送二硫化碳介质时，根据其爆炸特性，需要选取防爆等级为D I I C T5的电动机以适应介质对电气元件升温区域的要求。根据不同运行工况点配泵的大小，设计院一般要求配用电动机功率在220k W上时电动机选用高压电动机，所以如果选择的泵的效率值较高的话，电动机功率在同等情况下不超过该值时，将在整体价格和电能节约上体现优势。
7.其他注意项
汽蚀余量的计算基于管路损失、介质饱和蒸汽压和抽吸方式的综合计算。一般N P S H a 要至少比N P S H r 高0.6m或其比值为1.2～1.3左右。为满足汽蚀余量的要求，需要在流量扬程选型阶段同时注意N P S H r 的性能值，如果2极电动机配泵无法满足要求时，可以考虑配用4极电动机降低转速从而降低N P S H r 值，当然这样会使泵的型号增大一到两挡，这时就需要和使用方沟通取舍。但是为达到降低泵的必需汽蚀余量值，并不能盲目地在泵进口安装诱导轮，泵的设计计算参数要与诱导轮的设计相匹配，否则将适得其反。
选型中使用方需求的工况点往往不可能正好落在额定叶轮的曲线上，这样对叶轮的切割后性能计算及切割范围也是选型中要注意的。叶轮的切割量根据叶轮直径的大小不同取9%～15%的范围，根据相似理论的换算，切割后电动机功率相应按比例减小，汽蚀余量值随着泵流量的增大而增大，且变化率逐步扩大。
国内标准工业电源为380V50H z，但在选型工作中，也会遇到化工离心泵需要在异电压、异频率下使用的情况，由于频率的不同改变了原有电动机的转速，选型中同样要注意由此带来的泵性能上的变化。
三、选型实例
某多晶硅装置用泵，位号P0402a b，输送介质为
15%碱液，固体含量≤2%，粒度≤6m m，运行温度
32℃，正常温度下的密度1 287kg/m 3，黏度3.2cP，流量60～72m 3/h，进口压力0.069～0.088M P a，出口压力0.419MPa，正常温度下的汽化压力0.007 8MPa，额定扬程28m，自吸高度4m，有效汽蚀余量3.9m。根据业主指定的泵标准为G B5656，泵的形式选型为卧式单级自吸式化工离心泵，按照运行工况点来查看性能曲线，通过NPSHa 与NPSHr 的比较，选取4P电动机降低转速来满足要求，由于碱性介质中含有少量固体颗粒，将叶轮选取为半开式结构，由于运行工况温度和压力等级要求都不是很苛刻，所以选用底脚支承悬臂式安装结构，选定化工离心泵的型号为1080C T Z K—2S O S C—4P—T。根据介质的腐蚀性和含固量，需要既耐腐蚀又耐磨的材质来对应，选择过流部件材质为双相钢U N S31803，机械密封选用单端面内装非平衡型机械密封，辅助P L A N32冲洗。选型中要注意介质的密度大于1×103k g/m 3，所以在计算电动机功率的时候要用泵的轴功率乘上该值，计算后得到配用电动机功率为30kW，4极1 450r/min，防爆等级DIICT4，防护等级I P55，绝缘等级F。至此，该位号化工离心泵的基本选型完成。
某丙烯酸项目，位号P5621A B，输送介质为A A、A C A水溶液，相对密度1.02，操作温度61～85℃，汽化压力22.3kPa，泵送温度下的黏度0.4cP，正常流量2.5m 3/h，排放压力846k P a，压差851k P a，扬程85m，N P S H a 为7.0m。选型时先比较此工况下离心泵和旋涡泵各自的性能范围，由于此工况流量小，扬程高，如果选择单级离心泵将导致泵机偏大，电动机功率较高，如果选择多级离心泵则运行惯性大，结构复杂化，所以对此工况最适合的产品类型就是旋涡泵。根据由出口压力值对应性能曲线上的点再对应得到流量的方法，选出的型号为50S P1—S C，根据介质的化学性质，选择接液材质为不锈钢304材质，密封为单端面机械密封加PLAN 32冲洗方案。NPSHr 为2.8m，配用电动机7.5k W，4极电动机，D I I B T4防爆等级，防护等级IP55。
以上两个例子的选型应该算是比较简单的，在很多项目中遇到的选型要求更苛刻更复杂，所以要对各类泵产品的特点和应用范围充分了解和掌握，第一时间判断需求产品的类型和结构特点，做到准确选型快速对应。
