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离心泵进口管道异径管接头形式的探讨
来源:互联网 sk006 | 黄小军 吴彬
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 离心泵 进口管道 异径管接头 汽蚀
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要:离心泵进口法兰前管道带直管段情况下异径管接头使用顶平还是底平,石化设计行业目前还没有形成一致选择。在分析离心泵进口法兰处异径管接头结构的基础上,结合经验情况,比较使用效果,得出泵进口法兰前管道带直管段情况下进口法兰处使用顶平异径管接头较好。

  关键词:离心泵 进口管道 异径管接头 汽蚀

  离心泵在石油化工行业大量使用,如何使用好离心泵,并尽量延长其寿命,是非常值得研究的。在离心泵使用过程中,如果产生汽蚀,将使泵体受到极大损害。汽蚀会造成泵和进口管线系统出现异常噪声、振动,损害泵机械密封和轴承、叶轮,缩短泵的使用寿命。严重时,管道和泵体可能因振动疲劳破坏而导致流体外漏,影响生产安全。除了离心泵本身良好的性能,设计合理的吸入管道系统是避免汽蚀的必要手段。一方面泵进口管线系统的有效汽蚀余量NPSHa要满足泵的必须汽蚀余量NPSHr,另一方面进口管路上须避免形成气袋,使进口管道充满流体介质,特别是对接近饱和状态的液体(如蒸汽冷凝水:冷凝水压力稍有降低就可能达到气化压力,发生气化),尽量减少气泡进入泵内的机会,避免汽蚀发生。

  在石油化工设计中,为了减小离心泵进口管道阻力降,进口管道管径常会设计得比计算所需管径大一级,而按流量要求选购的离心泵进口往往会小于管道管径,不可避免在泵进口法兰处就要使用异径管接头。对此位置异径管接头的形式很多规范手册上都有基本相同的说明:入口法兰前弯头向上时,用底平,见图A;弯头向下时,用顶平,见图B。在弯头与异径管接头直接连接的情况下,按规范配管是非常正确的。

  图A 图B

  当离心泵进口法兰前管道弯头与异径管接头之间有直管段或过滤器,且弯头向下的情况,异径管接头也应用顶平;但是对于弯头向上的情况,设计行业则出现了分歧,部分人认为应用顶平接头,见图C,部分人则坚持应当按规范安装底平异径管接头,见图D。这甚至可能形成某个设计院的设计习惯。这里我们不研究这样不同的安装对生产有多大的影响,仅研究对汽蚀产生的效果。

  图C 图D

  当流体进入管道,而管道是向下坡向泵口或管道完全水平,安装顶平异径管接头的管道,流体充满泵进口后即已充满进口管道系统,而安装底平接头的管道,在流体充满泵进口后管道上部仍有气体空间,流体继续充满才能挤走管道上部的气体。静止流体都可以充满这两种安装的管道,这也是泵装置启动前进口管路系统发生的情况。

  当泵启动后,流体将在管路中作高速流动,在异径管接头处会形成一定程度的湍流。安装顶平异径管接头的管道,流体保持对管道内部空间的充满状态,管内顶部标高一致,不会产生气室,气体不会在顶部留存,见图C。再看看安装底平异径管接头的管道,流体在进口处高速流动,若进口管道系统压力够高,流体完全可以充满,但若流体压力接近临界压力,甚至流体流量仅够维持填满泵口的流量,则可能在管道内顶部就形成气泡或气室,见图D。这种状况流体里残留空气就会在此聚集,当流体将这些气体带入泵内,就会引起一定程度汽蚀。

  这种状况可以在使用透明塑胶管道作流体管道的试验中清楚看到。使水平管道中间有一DN100×50底平变径,以水作为介质,流体以一定流速从大管径向小管径管道流动。一段时间后,我们会看到在变径处形成气泡,这是水中溶解的气体在此产生了积累,积累的气泡体积越来越大。当气泡积累与流体携带走的气体量达到平衡,气泡体积就会稳定下来。可以看到流体会不停的从大气泡带走小气泡。当流体加速,气泡会被流体渐渐携带走并减小体积,当流速减慢,气泡就又会慢慢长到一定大小。气泡不会以与流体相反的方向倒流出管道,只会被流体包围在气室处或被流体携带走。

  由此,我们可以得到结论,离心泵进口法兰前管道带直管段情况下,泵进口法兰处安装顶平异径管接头要比安装底平异径管接头产生汽蚀的机会少,在泵进口管道有低点排凝的前提下,安装顶平异径管接头较为合理。

  参考文献

  1 王怀义 石油化工管道安装设计便查手册 北京:中国石化出版社,2007. 585

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