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，其中蘇伊士運河以東地區(qū)的供應(yīng)量比2009年增長30．7％。到201 1年。中東將超過北美，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需求的增長仍相對強勁，其中亞洲地區(qū)消費量達7 380萬t，比上年增長2．07％．占全球LPG總需求的30％以上。未來LPG市場的增長主要依靠居民／商業(yè)和化工這兩大終端市場，車用LPG市場也有很大的增長潛力。隨著全球經(jīng)濟的逐漸復(fù)蘇，預(yù)計未來LPG的價格會隨原油價格而相對堅挺，但不會超過2008年的最高價位。中國國內(nèi)LPG市場雖然面臨天然氣等替代能源的沖擊，但是，LPG的應(yīng)用領(lǐng)域一直在擴展，并且隨著天然氣價格的不斷上調(diào)。 LPG的市場競爭力逐漸增強。
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泵在儲配站中是必不可少的重要設(shè)備，關(guān)乎整個站的安全性和經(jīng)濟性。本文從選型參數(shù)及類型兩個方面論述了LPG泵的選型。
2 LPG泵選型參數(shù)的特點
    (1)介質(zhì)特性：除具有易燃、易爆等特點， 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)計選型時可取平均值。
    (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)能夠高效可靠運行的泵，這一點對于設(shè)計有軸向力自動平衡機構(gòu)的泵來講尤為重要。
    (4)揚程：液態(tài)LPG采用管道輸送時，泵的揚程應(yīng)大于式(1)的計算值。
    H△PZ+△P Y+△H    (1)
    Hj：泵的計算揚程(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。：管道終點進罐余壓，可取0.2～0.3(MPa)；
    △Hy：管道終點、起點高程差引起的附加壓力(MPa)；
    注：液態(tài)LPG在管道輸送過程中，沿途任何一點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算式如下：
    △P：管道摩擦阻力損失(MPa)；
    L：管道計算長度(m)；
    u：液態(tài)LPG在管道中的平均流速(m／s)，經(jīng)濟流速為0.8 m／s～1.4m／s，****不應(yīng)超過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測得的，在輸送低粘度且不帶氣體的烴類介質(zhì)時，NPSHr(介質(zhì))：NPSHr(水)一△NPSHr，其中△NPSHr值可在美國水力學會標準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，對NPSHr不作修正，把修正值看成額外的安全余量，認為泵無論輸送何種介質(zhì)，NPSHr值不變。
可以通過以下途徑來防止離心泵產(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，價格便宜；(2)筒袋泵，型式為離心泵，泵必需汽蝕裕量(NPSHr)小，價格較高；(3)屏蔽泵，型式為離心泵，NPSHr較大，無泄漏，價格適中；(4)磁力泵，型式為離心泵，NPSHr較大，無泄漏，價格稍高。為了安全起見，在選型過程中保證泵無泄漏至關(guān)重要，所以，本文主要討論無泄漏的屏蔽泵和離心泵，以及經(jīng)濟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，當轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，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封閉工作室，當轉(zhuǎn)子逆時針回轉(zhuǎn)時，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，液體由吸入口進入工作室，這是泵的吸人過程。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。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
滑片泵屬于容積式轉(zhuǎn)子泵，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積��；滑片泵具有優(yōu)異的自吸能力，氣蝕余量可達4m左右，可氣液兩相混合輸送，混輸比高達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題。
3．1．3缺點
    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，滑片要有足夠的強度，伸出滑槽的距離也不能太長，因此滑片泵的流量普遍比較小，在大型管道輸送過程中應(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，會遠遠超過滑片頂部與定子之間接觸的承載能力，使得在吸人口所對應(yīng)的定子以及與其銜接的大圓弧內(nèi)表面發(fā)生嚴重的曲面擠壓磨損，所以，滑片泵在工作時噪聲也比較大。另外，滑片磨損比較嚴重，對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。軸傳動，有泄漏點。3．1．4滑片泵操作使用中的常見問題及注意事項
    (1)滑片泵雖然有較強的自吸能力，但首次啟動前需從注油孑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)雖然滑片泵有較強的自吸能力，但是也存在氣蝕現(xiàn)象。所以，在使用過程中也要考慮到泵的安裝高度和氣液混輸比的問題。
    (3)在運行和停泵過程中，應(yīng)將泵排出管路上
的所有閥門打開。若關(guān)閉排出口閥門或排出管路堵塞時，由于液體的不可壓縮性，泵的出口壓力將無限上升。泵出口閥門關(guān)閉的情況下長時間運行，易損壞泵內(nèi)的軸承或?qū)㈦妱訖C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。從當時使用磁力泵的化工廠所反饋的信息來看，使用磁力泵對于公司來說不僅僅是出于對安全和環(huán)境的保護的考慮，而且可以節(jié)省大量的資金l 6l。目前，我國有許多中小企業(yè)都在生產(chǎn)磁力泵，但磁力泵在我國的化工、石油和食品等行業(yè)中并沒有成為主流。
3．2．1工作原理
    磁力泵通常由電動機、磁力傳動器和泵三部分組成。其關(guān)鍵部件磁力傳動器由外磁轉(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)子相互組成了一個完整藕合的磁力系統(tǒng)。當電動機帶動外磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時，磁場能穿透空氣間隙和非磁性物質(zhì)的隔離套，作用于帶動與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上，使其同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)非接觸的力矩傳遞，從而達到驅(qū)動泵的目的。由此可見，磁力泵沒有動密封，因此可以達到完全無泄漏。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
    同使用機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：
    泵軸由動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)，沒有動密封，因而完全無泄漏；這是利用了磁力傳動器傳遞動力、以靜密封取代了傳統(tǒng)設(shè)計中的動密封，從而解決了軸封泄漏的問題。
    無需獨立潤滑和冷卻水，降低了能耗。其軸承可以浸漬石墨等自潤滑材料制造，并以被送液體進行自潤滑；采用了部分工藝液體自潤滑并冷卻傳動部件的獨特潤滑及冷卻回路，省去了機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，減少了電動機振動對泵的影響和泵發(fā)生氣蝕振動時對電動機的影響。
過載時，內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子相對滑脫，對電機、泵有保護作用。
3．2．3磁力泵操作規(guī)程及注意事項
    操作規(guī)程_8_：  (1)灌注與排氣在磁力泵啟動前應(yīng)將泵內(nèi)灌滿液體，并開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)啟動完全打開人口管路閥門——關(guān)閉出口管路閥門——啟動電機——緩慢打開出口管路閥門，調(diào)節(jié)出口閥直至達到正常工作壓力；(3)停泵關(guān)閉泵的出口閥門——關(guān)閉電源——關(guān)閉泵進口閥門。
注意事項：(1)停泵后重新啟動程序打開放氣管閥門——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)通過針形閥調(diào)節(jié)冷卻液的質(zhì)量流量；(3)設(shè)置過濾網(wǎng)操作介質(zhì)中含有固體顆粒時，應(yīng)在泵的入口處設(shè)置過濾網(wǎng)，以防隔離套被劃傷或劃穿。
3．3屏蔽泵
    屏蔽泵問世已有80年歷史，20世紀50年代后隨著核工業(yè)、國防、化學工業(yè)等發(fā)展，安全和環(huán)保問題凸現(xiàn)，引起大家關(guān)注，進而提出設(shè)備運轉(zhuǎn)無泄漏要求并開始研發(fā)屏蔽泵。到20世紀80年代已取得較好技術(shù)水平，現(xiàn)已日趨成熟。隨著化學工業(yè)的發(fā)展以及人們對
環(huán)境，安全意識的提高，對化工用泵的要求也越來越高，在一些場合對某些泵提出了絕對無泄漏要求，這種需求促進了屏蔽泵技術(shù)的發(fā)展．屏蔽泵由于沒有轉(zhuǎn)軸密封，可以做到絕對無泄漏，因而，在化工裝置中的使用已愈來愈普遍。
3．3．1屏蔽泵的原理和結(jié)構(gòu)特點
    普通離心泵的驅(qū)動是通過聯(lián)軸器將泵的葉輪軸與電動機軸相連接，使葉輪與電動機一起旋轉(zhuǎn)而工作，而屏蔽泵是一種泵和電動機密封在一個被輸送介質(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)離心泵具有的機械密封裝置，故能做到完全無泄漏『9]。屏蔽泵把泵和電機做成一體，電動機的轉(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的轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運轉(zhuǎn)。
3．3．2屏蔽泵的優(yōu)點   
    全封閉。結(jié)構(gòu)上沒有動密封，只有在泵的外殼處有靜密封，因此可以做到完全無泄漏，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。泵與電機系一整體，拆裝不需找正中心。對底座和基礎(chǔ)要求低，且日常維修工作量少。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，不需加潤滑油。
3．3．3屏蔽泵的缺點
    由于屏蔽泵大多采用石墨滑動軸承，用被輸送的介質(zhì)來潤滑和冷卻軸承，介質(zhì)中有固體雜質(zhì)、潤滑性差的介質(zhì)不宜采用屏蔽泵輸送。在建設(shè)新管網(wǎng)階段，過濾器的選型一定要準確，運行初期清洗濾網(wǎng)的頻率較高。
屏蔽泵效率較低，長時間在小流量情況下運轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致軸承發(fā)熱、使液體氣化蒸發(fā)，從而造成泵干轉(zhuǎn)，損壞滑動軸承。
3．3．4屏蔽泵維護操作注意事項
    (1)運行前首先打開吸入側(cè)閥門、反向回流閥門，打開排氣閥和回流閥進行排胃，確認氣體全部排除后方可運轉(zhuǎn)，否則容易損壞石墨軸承，發(fā)生事故；(2)啟動后觀察出口壓力表，當壓力指示到設(shè)計壓力時，慢慢打開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，說明電機出現(xiàn)故障，請查找原因排除故障后運行；(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，然后開泵運轉(zhuǎn)；(5)在運轉(zhuǎn)中，如發(fā)現(xiàn)異常聲音或振動等，應(yīng)立即停機。在沒有查清故障原因且徹底排
除之前，不允許繼續(xù)運轉(zhuǎn)；(6)屏蔽泵不得逆向持續(xù)運轉(zhuǎn)；嚴禁空轉(zhuǎn)，斷流運轉(zhuǎn)不得超過30s。4  各類LPG泵的對比性分析
4．1經(jīng)濟性
    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)濟性方面對比很有必要性。滑片泵適用于小流量，****的流量一般只能在35m3／h。而大流量的時候應(yīng)該選用合適的屏蔽泵或者磁力泵。根據(jù)個別廠家的報價，對滑片泵、屏蔽泵和磁力泵的經(jīng)濟性進行定性的比較。
從表1可見，滑片泵******，即使滑片泵的流量比屏蔽泵大，價格仍較低。在同樣的工況下，磁力泵比屏蔽泵更貴。
4．2綜合性能對比
從結(jié)構(gòu)型式、優(yōu)缺點和適用范圍幾大方面對滑片泵、屏蔽泵和磁力泵進行綜合性比對，以便于指導(dǎo)工程實際中的液化氣泵選型。
5  結(jié)論
    綜上所述，對于小型儲配站，因為流量小，可以選用價格占優(yōu)勢的滑片泵。而對于大型儲配站，因為自動化水平高，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，不容許長時間在小流量工況下運行，其價格較低。磁力泵的工藝性能好，但價格稍高。