液化石油氣泵的選型

液化石油氣泵的選型
l  背景
    據(jù)資料顯示…，預(yù)計(jì)到2013年底，全球LPG供應(yīng)總量將以每年3．5％的速度遞增，其中蘇伊士運(yùn)河以東地區(qū)的供應(yīng)量比2009年增長(zhǎng)30．7％。到201 1年。中東將超過(guò)北美，成為世界上****的LPG產(chǎn)區(qū)。其中，伊朗、卡塔爾和阿聯(lián)酋的LPG產(chǎn)量將明顯增加。2009年，全球LPG需求量為2．35億t，比上年略有下降。但亞洲和中東地區(qū)LPG需求的增長(zhǎng)仍相對(duì)強(qiáng)勁，其中亞洲地區(qū)消費(fèi)量達(dá)7 380萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)2．07％．占全球LPG總需求的30％以上。未來(lái)LPG市場(chǎng)的增長(zhǎng)主要依靠居民／商業(yè)和化工這兩大終端市場(chǎng)，車用LPG市場(chǎng)也有很大的增長(zhǎng)潛力。隨著全球經(jīng)濟(jì)的逐漸復(fù)蘇，預(yù)計(jì)未來(lái)LPG的價(jià)格會(huì)隨原油價(jià)格而相對(duì)堅(jiān)挺，但不會(huì)超過(guò)2008年的最高價(jià)位。中國(guó)國(guó)內(nèi)LPG市場(chǎng)雖然面臨天然氣等替代能源的沖擊，但是，LPG的應(yīng)用領(lǐng)域一直在擴(kuò)展，并且隨著天然氣價(jià)格的不斷上調(diào)。 LPG的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力逐漸增強(qiáng)。
LPG的使用方式基本為瓶裝形式，所以，限制條件少、供應(yīng)靈活、使用方便。城市、街、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)、村等地方均可使用LPG，并可廣泛用于民用、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。因此，在LPG的傳應(yīng)鏈條中，LPG儲(chǔ)配站在城鎮(zhèn)范圍內(nèi)發(fā)揮著舉足輕重的作用，LPG泵在儲(chǔ)配站中是必不可少的重要設(shè)備，關(guān)乎整個(gè)站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文從選型參數(shù)及類型兩個(gè)方面論述了LPG泵的選型。
2 LPG泵選型參數(shù)的特點(diǎn)
    (1)介質(zhì)特性：除具有易燃、易爆等特點(diǎn)， LPG比較清潔，在液相呈非均質(zhì)分布，密度不是常量，且隨壓力、溫度而變化，在設(shè)計(jì)選型時(shí)可取平均值。
    (2)操作溫度：以北京為例，一般為-19％～+50℃。
    (3)流量：在一個(gè)連續(xù)的工作日內(nèi)，泵流量在一定的范圍內(nèi)變化，應(yīng)選擇在最小流量范圍和****流量范圍內(nèi)能夠高效可靠運(yùn)行的泵，這一點(diǎn)對(duì)于設(shè)計(jì)有軸向力自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)的泵來(lái)講尤為重要。
    (4)揚(yáng)程：液態(tài)LPG采用管道輸送時(shí)，泵的揚(yáng)程應(yīng)大于式(1)的計(jì)算值。
    H△PZ+△P Y+△H    (1)
    Hj：泵的計(jì)算揚(yáng)程(MPa)；
    △P，：管道總阻力損失，可取1．05～1．10倍管道摩擦阻力損失(MPa)；
    Ap。：管道終點(diǎn)進(jìn)罐余壓，可取0.2～0.3(MPa)；
    △Hy：管道終點(diǎn)、起點(diǎn)高程差引起的附加壓力(MPa)；
    注：液態(tài)LPG在管道輸送過(guò)程中，沿途任何一點(diǎn)的壓力都必須高于其輸送溫度下的飽和蒸汽壓力。
    液態(tài)LPG管道摩擦阻力損失的計(jì)算式如下：
    △P：管道摩擦阻力損失(MPa)；
    L：管道計(jì)算長(zhǎng)度(m)；
    u：液態(tài)LPG在管道中的平均流速(m／s)，經(jīng)濟(jì)流速為0.8 m／s～1.4m／s，****不應(yīng)超過(guò)3m／s；
    d：管道內(nèi)徑(m)；
    p：平均輸送溫度下的LPG密度kg／m3；
    入：管道的摩擦阻力系數(shù)。
    (5)泵汽蝕裕量(NPSHr)：泵樣本上給出的汽蝕余量NPSHr是在室溫和清水條件下試驗(yàn)測(cè)得的，在輸送低粘度且不帶氣體的烴類介質(zhì)時(shí)，NPSHr(介質(zhì))：NPSHr(水)一△NPSHr，其中△NPSHr值可在美國(guó)水力學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)1975年版的修正曲線中查找。在 APl610規(guī)范里建議，在泵輸送液態(tài)烴時(shí)，對(duì)NPSHr不作修正，把修正值看成額外的安全余量，認(rèn)為泵無(wú)論輸送何種介質(zhì)，NPSHr值不變。
可以通過(guò)以下途徑來(lái)防止離心泵產(chǎn)生汽蝕：1)降低泵的安裝高度；2)減少吸人管路的阻力，例如：加大管徑，減少吸人管路的附件；3)降低泵送液體溫度，以降低汽化壓力；4)滿足流量和揚(yáng)程的條件下，降低泵的轉(zhuǎn)速。
3 LPG泵的類型
    用于LPG的泵主要有以下4種：(1)滑片泵，型式為容積式泵，滑片易壞，價(jià)格便宜；(2)筒袋泵，型式為離心泵，泵必需汽蝕裕量(NPSHr)小，價(jià)格較高；(3)屏蔽泵，型式為離心泵，NPSHr較大，無(wú)泄漏，價(jià)格適中；(4)磁力泵，型式為離心泵，NPSHr較大，無(wú)泄漏，價(jià)格稍高。為了安全起見(jiàn)，在選型過(guò)程中保證泵無(wú)泄漏至關(guān)重要，所以，本文主要討論無(wú)泄漏的屏蔽泵和離心泵，以及經(jīng)濟(jì)l生好的滑片泵。3．1滑片泵3．1．1工作原理
單作用式滑片泵的工作原理。主要由泵體1、內(nèi)套2、轉(zhuǎn)子3、軸4、滑片5、側(cè)板6(未示出)等零件組成。內(nèi)套與轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，滑片安放在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，可沿槽滑動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，滑片靠自身的離心力緊貼內(nèi)套內(nèi)壁，由內(nèi)套內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、滑片及兩側(cè)板端面之間形成若干個(gè)封閉工作室，當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，右邊的滑片逐漸伸出，相鄰兩滑片間容積逐漸增大，形成局部真空，液體由吸入口進(jìn)入工作室，這是泵的吸人過(guò)程。左邊的滑片被內(nèi)套逐漸壓入槽內(nèi)，相鄰兩滑片間封閉容積逐漸減小，將液體壓出排除口，這是泵的壓出過(guò)程。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，完成一次吸入壓出。在泵的吸人腔和壓出腔之間，有一段封油區(qū)，把吸人腔和壓出腔隔開(kāi)。泵的排量Q與偏心距e、泵的轉(zhuǎn)速n成正比，因此，可采用改變偏心距和轉(zhuǎn)速的辦法調(diào)節(jié)排量或制成系列產(chǎn)品，滿足不同工況的需要。
3．1. 2優(yōu)點(diǎn)
滑片泵屬于容積式轉(zhuǎn)子泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積�。换�片泵具有優(yōu)異的自吸能力，氣蝕余量可達(dá)4m左右，可氣液兩相混合輸送，混輸比高達(dá)50％l 5l。滑片泵定轉(zhuǎn)速定流量工作，泵的出口壓力取決于外部使用條件，可以在較大的范圍內(nèi)，隨著管路阻力的變化而變化，提供壓力較為穩(wěn)定，能夠較好地解決管路壓降問(wèn)題。
3．1．3缺點(diǎn)
    滑片作為滑片泵的特殊構(gòu)件，在很大程度上決定了滑片泵的性能。一方面，由于滑片兩側(cè)高低壓的差別，滑片受力很大，所以，滑片要有足夠的強(qiáng)度，伸出滑槽的距離也不能太長(zhǎng)，因此滑片泵的流量普遍比較小，在大型管道輸送過(guò)程中應(yīng)用的比較少。另一方面，滑片在徑向力的作用下，滑片頂部與內(nèi)表面直接接觸，根部均與泵的出口液體相通，在吸人口區(qū)域內(nèi)滑片根部的出口高壓液體作用太大，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)滑片頂部與定子之間接觸的承載能力，使得在吸人口所對(duì)應(yīng)的定子以及與其銜接的大圓弧內(nèi)表面發(fā)生嚴(yán)重的曲面擠壓磨損，所以，滑片泵在工作時(shí)噪聲也比較大。另外，滑片磨損比較嚴(yán)重，對(duì)自吸能力和出口壓力都造成了一定的影響；在額定的工作壓力下，其動(dòng)平衡性能較好，基本不振，但它不適用于高壓，工作壓力越高，轉(zhuǎn)子承受不平衡的徑向力就越大，液體在出口管道內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)。軸傳動(dòng)，有泄漏點(diǎn)。3．1．4滑片泵操作使用中的常見(jiàn)問(wèn)題及注意事項(xiàng)
    (1)滑片泵雖然有較強(qiáng)的自吸能力，但首次啟動(dòng)前需從注油孑L(安全閥尾部的螺孑L)向泵內(nèi)注入適量的介質(zhì)油料，起潤(rùn)滑、密封的作用。泵的流量調(diào)節(jié)可采用回流調(diào)節(jié)，也可采用變速條件，但泵的轉(zhuǎn)速不能高于額定轉(zhuǎn)速。
    (2)雖然滑片泵有較強(qiáng)的自吸能力，但是也存在氣蝕現(xiàn)象。所以，在使用過(guò)程中也要考慮到泵的安裝高度和氣液混輸比的問(wèn)題。
    (3)在運(yùn)行和停泵過(guò)程中，應(yīng)將泵排出管路上
的所有閥門打開(kāi)。若關(guān)閉排出口閥門或排出管路堵塞時(shí)，由于液體的不可壓縮性，泵的出口壓力將無(wú)限上升。泵出口閥門關(guān)閉的情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，易損壞泵內(nèi)的軸承或?qū)㈦妱?dòng)機(jī)燒毀。因此，滑片泵在使用中，應(yīng)在排出口安裝安全閥。3．2磁力泵
磁力泵伴隨著永磁材料與磁力傳動(dòng)技術(shù)等高新科技的發(fā)展，使得磁力泵的應(yīng)用在歐美眾多企業(yè)中成為主流。從當(dāng)時(shí)使用磁力泵的化工廠所反饋的信息來(lái)看，使用磁力泵對(duì)于公司來(lái)說(shuō)不僅僅是出于對(duì)安全和環(huán)境的保護(hù)的考慮，而且可以節(jié)省大量的資金l 6l。目前，我國(guó)有許多中小企業(yè)都在生產(chǎn)磁力泵，但磁力泵在我國(guó)的化工、石油和食品等行業(yè)中并沒(méi)有成為主流。
3．2．1工作原理
    磁力泵通常由電動(dòng)機(jī)、磁力傳動(dòng)器和泵三部分組成。其關(guān)鍵部件磁力傳動(dòng)器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離套件組成l 7_。隔離套將內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、介質(zhì)和外磁轉(zhuǎn)子隔絕，外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子相互組成了一個(gè)完整藕合的磁力系統(tǒng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)能穿透空氣間隙和非磁性物質(zhì)的隔離套，作用于帶動(dòng)與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上，使其同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)非接觸的力矩傳遞，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)泵的目的。由此可見(jiàn)，磁力泵沒(méi)有動(dòng)密封，因此可以達(dá)到完全無(wú)泄漏。在石油、化工、制藥、冶煉、電鍍、環(huán)保、食品、影視洗印、水處理及國(guó)防等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，是輸送易燃、易爆、揮發(fā)、有毒、稀有貴重液體和各種腐蝕性液體的理想設(shè)備。
3．2．2優(yōu)點(diǎn)
    同使用機(jī)械密封或填料密封的離心泵相比較，磁力泵具有以下優(yōu)點(diǎn)：
    泵軸由動(dòng)密封變成完全封閉式靜密封，徹底避免了介質(zhì)泄漏。由于液體被封閉在靜止的隔離套內(nèi)，沒(méi)有動(dòng)密封，因而完全無(wú)泄漏；這是利用了磁力傳動(dòng)器傳遞動(dòng)力、以靜密封取代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的動(dòng)密封，從而解決了軸封泄漏的問(wèn)題。
    無(wú)需獨(dú)立潤(rùn)滑和冷卻水，降低了能耗。其軸承可以浸漬石墨等自潤(rùn)滑材料制造，并以被送液體進(jìn)行自潤(rùn)滑；采用了部分工藝液體自潤(rùn)滑并冷卻傳動(dòng)部件的獨(dú)特潤(rùn)滑及冷卻回路，省去了機(jī)械密封泵所需的冷卻、沖洗等繁雜管路系統(tǒng)。
    由聯(lián)軸器或皮帶傳動(dòng)變成同步旋轉(zhuǎn)，不存在接觸和摩擦，功耗小、效率高，且具有阻尼減振作用，減少了電動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)泵的影響和泵發(fā)生氣蝕振動(dòng)時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。
過(guò)載時(shí)，內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子相對(duì)滑脫，對(duì)電機(jī)、泵有保護(hù)作用。
3．2．3磁力泵操作規(guī)程及注意事項(xiàng)
    操作規(guī)程_8_：  (1)灌注與排氣在磁力泵啟動(dòng)前應(yīng)將泵內(nèi)灌滿液體，并開(kāi)啟泵的出口閥門及針形閥等，將泵體內(nèi)及放氣管內(nèi)氣體放空，要反復(fù)幾次排氣，直至泵中充滿液體為止，待泵內(nèi)灌滿LPG后再關(guān)閉泵出口閥門；(2)啟動(dòng)完全打開(kāi)人口管路閥門——關(guān)閉出口管路閥門——啟動(dòng)電機(jī)——緩慢打開(kāi)出口管路閥門，調(diào)節(jié)出口閥直至達(dá)到正常工作壓力；(3)停泵關(guān)閉泵的出口閥門——關(guān)閉電源——關(guān)閉泵進(jìn)口閥門。
注意事項(xiàng)：(1)停泵后重新啟動(dòng)程序打開(kāi)放氣管閥門——放空泵及冷卻管內(nèi)氣體——灌泵使泵體及吸人管內(nèi)充滿液體；(2)冷卻液流量調(diào)節(jié)通過(guò)針形閥調(diào)節(jié)冷卻液的質(zhì)量流量；(3)設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)操作介質(zhì)中含有固體顆粒時(shí)，應(yīng)在泵的入口處設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，以防隔離套被劃傷或劃穿。
3．3屏蔽泵
    屏蔽泵問(wèn)世已有80年歷史，20世紀(jì)50年代后隨著核工業(yè)、國(guó)防、化學(xué)工業(yè)等發(fā)展，安全和環(huán)保問(wèn)題凸現(xiàn)，引起大家關(guān)注，進(jìn)而提出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)泄漏要求并開(kāi)始研發(fā)屏蔽泵。到20世紀(jì)80年代已取得較好技術(shù)水平，現(xiàn)已日趨成熟。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及人們對(duì)
環(huán)境，安全意識(shí)的提高，對(duì)化工用泵的要求也越來(lái)越高，在一些場(chǎng)合對(duì)某些泵提出了絕對(duì)無(wú)泄漏要求，這種需求促進(jìn)了屏蔽泵技術(shù)的發(fā)展．屏蔽泵由于沒(méi)有轉(zhuǎn)軸密封，可以做到絕對(duì)無(wú)泄漏，因而，在化工裝置中的使用已愈來(lái)愈普遍。
3．3．1屏蔽泵的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    普通離心泵的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)聯(lián)軸器將泵的葉輪軸與電動(dòng)機(jī)軸相連接，使葉輪與電動(dòng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)而工作，而屏蔽泵是一種泵和電動(dòng)機(jī)密封在一個(gè)被輸送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi)，如圖3所示，此壓力容器只有靜密封。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有的機(jī)械密封裝置，故能做到完全無(wú)泄漏『9]。屏蔽泵把泵和電機(jī)做成一體，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和泵的葉輪固定在同一根軸上，用轉(zhuǎn)子屏蔽套和定子屏蔽套將電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開(kāi)，轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)。
3．3．2屏蔽泵的優(yōu)點(diǎn)   
    全封閉。結(jié)構(gòu)上沒(méi)有動(dòng)密封，只有在泵的外殼處有靜密封，因此可以做到完全無(wú)泄漏，特別適合輸送易燃、易爆、貴重液體和有毒、腐蝕性及放射性液體。
結(jié)構(gòu)緊湊體積小。泵與電機(jī)系一整體，拆裝不需找正中心。對(duì)底座和基礎(chǔ)要求低，且日常維修工作量少。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，不需加潤(rùn)滑油。
3．3．3屏蔽泵的缺點(diǎn)
    由于屏蔽泵大多采用石墨滑動(dòng)軸承，用被輸送的介質(zhì)來(lái)潤(rùn)滑和冷卻軸承，介質(zhì)中有固體雜質(zhì)、潤(rùn)滑性差的介質(zhì)不宜采用屏蔽泵輸送。在建設(shè)新管網(wǎng)階段，過(guò)濾器的選型一定要準(zhǔn)確，運(yùn)行初期清洗濾網(wǎng)的頻率較高。
屏蔽泵效率較低，長(zhǎng)時(shí)間在小流量情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱、使液體氣化蒸發(fā)，從而造成泵干轉(zhuǎn)，損壞滑動(dòng)軸承。
3．3．4屏蔽泵維護(hù)操作注意事項(xiàng)
    (1)運(yùn)行前首先打開(kāi)吸入側(cè)閥門、反向回流閥門，打開(kāi)排氣閥和回流閥進(jìn)行排胃，確認(rèn)氣體全部排除后方可運(yùn)轉(zhuǎn)，否則容易損壞石墨軸承，發(fā)生事故；(2)啟動(dòng)后觀察出口壓力表，當(dāng)壓力指示到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，慢慢打開(kāi)出口閥直到工藝要求的流量；(3)觀察TRG表，指針在黃色或紅色區(qū)域，說(shuō)明電機(jī)出現(xiàn)故障，請(qǐng)查找原因排除故障后運(yùn)行；(4)帶冷卻水套的屏蔽電泵，必須先按規(guī)定的冷卻水量接通冷卻水，然后開(kāi)泵運(yùn)轉(zhuǎn)；(5)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，如發(fā)現(xiàn)異常聲音或振動(dòng)等，應(yīng)立即停機(jī)。在沒(méi)有查清故障原因且徹底排
除之前，不允許繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；(6)屏蔽泵不得逆向持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；嚴(yán)禁空轉(zhuǎn)，斷流運(yùn)轉(zhuǎn)不得超過(guò)30s。4  各類LPG泵的對(duì)比性分析
4．1經(jīng)濟(jì)性
    工程總投資經(jīng)常在很大程度上指導(dǎo)著設(shè)備的選型，所以從經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)比很有必要性�；�片泵適用于小流量，****的流量一般只能在35m3／h。而大流量的時(shí)候應(yīng)該選用合適的屏蔽泵或者磁力泵。根據(jù)個(gè)別廠家的報(bào)價(jià)，對(duì)滑片泵、屏蔽泵和磁力泵的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定性的比較。
從表1可見(jiàn)，滑片泵******，即使滑片泵的流量比屏蔽泵大，價(jià)格仍較低。在同樣的工況下，磁力泵比屏蔽泵更貴。
4．2綜合性能對(duì)比
從結(jié)構(gòu)型式、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍幾大方面對(duì)滑片泵、屏蔽泵和磁力泵進(jìn)行綜合性比對(duì)，以便于指導(dǎo)工程實(shí)際中的液化氣泵選型。
5  結(jié)論
    綜上所述，對(duì)于小型儲(chǔ)配站，因?yàn)榱髁啃。�可以選用價(jià)格占優(yōu)勢(shì)的滑片泵。而對(duì)于大型儲(chǔ)配站，因?yàn)樽詣?dòng)化水平高，附屬設(shè)施多，安全性要求更高，可以選用零泄漏的屏蔽泵或磁力泵。需注意的是，屏蔽泵效率較低，不容許長(zhǎng)時(shí)間在小流量工況下運(yùn)行，其價(jià)格較低。磁力泵的工藝性能好，但價(jià)格稍高。