泵的配管与设计导则

泵是用来增加液体能量的机械设备，也是最早发明的机械设备之一，它把原动机的机械能转换为被输送液体的能量，达到输送液体压力的目的。

泵的主要参数：

单位时间内流过泵出口截面的体积谓之流量。一般以m3/hr或L/sec表示。

确定泵的流量时，应该综合考虑下列两点：

① 装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡。

② 工艺过程影响流量变化的范围。

工艺设计给出泵的流量一般包括正常、最小、最大三种流量，已考虑了上述因素，因此，选泵时通常可直接采用最大流量。

扬程：单位重量液体流过泵后的能量增值，也称压头。

1.除上述工艺设计因素外还应考虑到管线系统（包括设备）的压力降，其计算比较复杂因此泵的扬程需要留有适当的余量，一般为正常需要扬程的1.05～1.1倍。如果有现场实际数据，应尽可能采用。使决定的扬程不仅能满足在正常条件下的需要，也能满足在特殊条件下的需要。

2.泵的允许汽蚀余量：泵在操作状态下所需的允许汽蚀余量NPSH（=1.1-1.3NPSHr）称为泵的允许汽蚀余量，这是泵的吸入性能指标。此值与泵的类型和泵的结构设计有关，这一数据NPSHr是由泵的制造厂提供的。装置的有效汽蚀余量NPSHa应该大于泵的允许汽蚀余量。

泵的分类：

泵的分类一般按泵作用于液体的原理分为叶片式和容积式两大类。

叶片式泵是由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液体吸入和压出。而容积式泵是由泵的活塞或转子在往复或旋转运动产生挤压作用将液体吸入和压出。叶片式泵又因泵内叶片结构形式不同分为离心泵、轴流泵和旋涡泵。容积式泵分为往复泵转子泵。

1.离心泵：石油化工厂中多采用离心泵，离心泵的操作费用最省，维修工作量小。离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。具有若干个（通常为4～12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。当液体进入转动叶轮中，离心力使输送液体的压力升高，从而在管线系统中形成一种平稳而无脉动的流动。各种离心泵都有允许汽蚀余量或允许吸上真空高度的要求，管线设计必须充分考虑这一重要因素。

2.往复泵：往复泵有前后移动的柱塞，以置换液体迫使液体由出口嘴流出。这种泵在很低的冲程数下操作，推动一次就在泵出口管线上引起一次脉动。在管线设计中要考虑防振措施。

旋转泵：旋转泵用以输送较重或粘度较大的物料，如润滑脂、沥青、重燃料油等。旋转泵用各种机械方法代替离心力或往复作用以输送液体。

泵也常按泵的用途而命名，如水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝液泵等，或附以结构特点命名，如旋臂式水泵、齿轮油泵、螺杆油泵以及立式、卧式泵等。

各种类泵特点

泵的布置方式：

露天布置：

露天布置的泵，通常集中布置在管廊的下方或侧面，也可分别布置在被抽吸设备的附近。其优点是通风良好，操作和检修方便。

1.当布置在管廊下时，不论管廊的上方是否布置空冷器，在6M一跨之内可布置大型泵1台、或中型泵2台、或小型泵3台。一般泵单排布置，泵出口中心线对齐，距管廊柱中心线的间距在0.6～3.0M之间。

2.在管廊上方无空冷器时，泵布置在管廊内侧，泵出口中心线对齐，距管廊柱中心线0.6M，在管廊上方有空冷器时，如泵的操作温度为340℃以下则泵布置在管廊外侧，泵出口中心线对齐，伸出管廊距柱中心线0.6M。泵的驱动机在管廊内侧。如泵的操作温度等于或大于340℃时，则泵布置在管廊外侧，泵出口中心线对齐，距管廊柱中心线3M，泵的驱动机也在管廊外侧。

半露天布置：

半露天布置的泵，适用于多雨地区，一般在管廊下方布置泵，在顶层管线上部设顶棚，或将泵布置在框架的下层平面上，以框架平台作为顶棚。这些泵可根据与泵有关设备布置要求，将泵布置成单排、双排或多排。

室内布置：

在寒冷或多风沙地区泵布置在室内。如果工艺过程要求设备布置在室内时，其所属的泵也应在室内布置。

泵的布置要求：

露天或半露天泵的布置：泵布置在管廊下或管廊与塔、容器之间，平行于管廊排成一列。在管廊下布置泵时，一般是泵与动力机的长轴与管廊成直角，当泵与动力机长轴过长妨碍通道时，可转90°即与管廊平行。管廊下泵区检修通道最小净宽为2M，最小净高为3M，泵端前面操作通道的宽度不应小于1M。

室内泵的布置：

1）泵布置在室内时，热油泵（操作温度等于或高于自燃点的可燃液体泵）与冷油泵（操作温度低于自燃点的甲B、乙A类可燃液体泵）或液态烃泵应分别布置在各自的房间内。各泵房中间应采用防火墙隔开。如果泵的数量较少，热油泵可以与冷油泵同房布置，但冷、热油泵之间应有不少于4.5M的间距。

2）泵布置在室内时，一般不考虑机动检修车辆的通行要求。泵端或泵侧与墙之间的净距不宜小于1M，两排泵净距不应小于2M。

3）甲A、B、乙A类液体泵房的地面不应有地坑或地沟，为防止油气积聚，宜在侧墙下部采取通风措施。

注：甲A、甲B、乙A的说明请参考《石油化工装置布置设计导则及消防法规规定》。

单排布置的泵：

大小不一的泵成排布置时，一般有三种排列方式(见图1)：

离心泵并列布置时，泵出口中心线对齐，这样布置管线比较整齐，泵前也有了方便统一的操作面。

泵端基础面对齐。便于设备排污管或排污沟以及基础施工方便。

动力端基础面对齐。如泵用电机带动时，引向电机的电缆接线容易且经济；泵的开关和电流盘在一条线上取齐，不仅排列整齐，且电动机端容易操作。但是泵的大小差别很大时可能造成吸入管过长。

双排布置的泵：

泵成双排布置时，宜将两排泵的动力端相对，在中间留出检修通道。

多排布置的泵：

泵成多排布置时，宜将两排泵的动力端相对，两排中的一排与另两排中的一排出口端相对，在中间留出检修操作通道。

另外泵的布置：

应依操作条件和物料特性考虑防火要求分组布置。

蒸汽往复泵的动力侧和泵侧应留有抽出活塞和拉杆的位置。

立式泵布置在管廊下方或框架下方时，其上方应留出泵体安装和检修所需的空间。

泵的间距：

两台泵之间的净距，不宜小于0.8M，但安装在联合基础上的泵除外。

泵布置在管廊下方或外侧时，泵的检修空间不宜小于3M。泵端前面的操作通道宽度不宜小于1M。对于多级泵泵端前面的检修通道宽度不宜小于1.8M。一般泵泵端前面的检修通道宽度不小于1.25M，以便小盘叉车通过。

泵进出口阀门手轮到邻近泵的最突出部分或柱子的净距最少为800mm，电动机之间距离为1500～2000mm，如图2所示。如驱动设备为蒸汽透平时，还应该考虑调节阀组、疏水阀组的占地。

两排泵之间的检修道，宽度不小于3M，如不够时泵端应有3M通道。

泵的基础：

泵的基础尺寸一般由制造厂给出泵的底座尺寸的大小确定。可按地脚螺栓中心线到基础边150mm估计。设计泵的基础时应按预留方案考虑，现场施工需待泵到货后核实尺寸后方可施工。

泵的基础面宜比地面高出200mm，大型泵可高出100mm。小型泵如比例泵、柱塞 泵、小齿轮泵等可高出地面300～500mm，使泵轴心线高出地面600mm。并可2～3台成组安装在同一个基础上。

泵的典型布置：

管线设计：

一般要求：

1.充分理解P&ID所示泵的管线流程，在满足工艺要求的前提下，尚需考虑泵正常运行及维修检查的要求。

2.泵是回转精密机械，一旦承受过大外力时，轴承容易烧毁和损坏，因而产生变形、振动或噪声。所以对泵出入口管线应充分考虑热膨胀的影响，以减少管线作用在泵管嘴处的作用力。泵制造厂应提供泵管嘴允许受力的数值，供管线设计时的依据。于设计前期若未收到制造厂的数据时，泵管嘴允许受力值可参考API610的规定。

3.在充分满足管线柔性的前提下，应使出入口管线设计尽量短。

4.往复泵的管线由于流体脉动容易发生振动，管线形状应尽量减少拐弯。

5.应考虑泵管线上的阀门及仪表同按钮操作柱的关系，便于泵的启动和切换操作。

6.要保持有泵维修检查所需空间，泵管线的阀门手轮不要影响其维修和检查。泵的前面不得有其他配管以免妨碍泵的检修，当管线布置在泵和电动机的上方时，管线要有足够的高度，不应影响起重设备的吊装。输送腐蚀性介质的管线，不宜布置在电动机的上方。

7.当泵布置在管廊下面时，进出管廊的配管管底距地面净距除应满足泵的检修外，不应小于3.5M。

8.泵的吸入管线不能出现“袋形”。若无法避免时（如在储槽区，吸入管线可能穿过围堰或马路），可以有较小的低“袋形”，但是泵吸入管路径的最高管线的中心高度绝不能高于储槽的出口标高。

9.泵的吸入管线布置应满足泵允许气蚀余量（NPSH），管线尽可能短和少拐弯。当设备和泵之间的管线长度过长时，应请工艺系统进行水力计算。

10.泵的基础高出地面不应小于0.2M，其具体高度应根据泵进口处放净管的安装高度确定。

11.为减少管线作用于泵管嘴上的作用力，应在靠近泵的管线上设置适当可调的支、吊架或弹簧支吊架。

12.并列布置的泵进出口管线的阀门应尽量采用相同的安装高度。当进出口阀门安装在立管上时，一般阀杆或法兰的安装高度为1.2–1.3M，手轮方位应便于操作。

13.管螺纹连接的泵嘴，进出口管上要设活接头，以便拆卸。见图3。

泵口的位置排列：

泵的种类与型式是根据输送介质的性质、流量、压头等参数来选定的，就配管而言,当泵进、出口方位可选择时，应使上游管线路径至泵或泵至下游管线路径能顺畅配置为原则，以确定泵的进、出口方位。

1.吸入口与排出口皆朝上型（TOP-TOP）（见图3.1）

此种配置适用于吸入及排出管线均为高程时使用，但如在储槽区管口在地面附近时上配管不适用。

2.吸入口朝前，排出口朝上型（END-TOP）（见图3.2）

吸入管线配在地面附近上，排出管线为高程时为佳，吸入管线若为高程时亦可，不过泵前端的空间需要大些。

3.吸入口与排出口朝向两侧（SIDE-SIDE）（见图3.3）吸入及排出管线均在地面附近上时较容易配管，但当泵并列时，横向的空间要大。

4.吸入口朝向侧面，而排出口朝上型（SIDE-TOP）（见图3.4）与图3.2相似，不同之处在于泵的侧面空间要大些，前端空间可缩小。

配管时，一般应根据泵的出入口位置进行管线布置，但SIDE-SIDE及SIDE-TOP则可按管线的布置要求厂家提供适合的出入口位置的泵，视具体情况而定。

泵的吸入管线设计：

泵吸入管线设计是确保泵能经常处于正常工作状态的关键，在设计时可采取措施防止泵产生汽蚀现象。所谓汽蚀现象，就是当液体进入泵内第一级叶轮时的静压力低于或等于该温度下饱和蒸汽压时，液体发生汽化，产生汽泡，随液体流入较高压力处，汽泡突然凝结，周围液体快速集中，产生水力冲击。这种汽化和凝结产生泵的冲蚀、振动和性能下降的现象，通常称之为汽蚀现象。

为防止汽蚀现象的发生，泵吸入管系统的有效气蚀余量，最少是泵所要求汽蚀余量的1.3倍以上。否则，泵就不能正常工作。尤其输送在操作温度下容易蒸发的液体，以及处于泡点（或平衡）状态的液体，进入泵的叶轮后，由于速度加快，动能增加，位能（静压）降低，一旦低于该液体的饱和蒸汽压时，就会出现汽蚀，更应该加以注意。

吸入管线系统由于气体积聚，也会发生汽蚀，因此在吸入管的中途不得有气袋，例如：当入口水平管段较长时，要有1/50–1/100的坡度如水平管段是在上抽（吸入）系统时，则向泵入口上坡；如在压入（灌注）系统时，则向泵入口下坡。当由装置外储罐至泵的吸入管线，为了不出现气袋，应穿越防火堤，且使管墩上的管线在最低的位置。见图4。

当泵入口管系统有变径管时，管径≥DN65者要采用偏心大小头以防变径处气体积聚。变径管的安装方法，如图4.1所示，即入口法兰前弯头向下时，变径管顶平；弯头向上时，变径管底平。

但是输送含有固体颗粒的液体时，且泵的吸入速度又低于其沉降速度，则固体颗粒会沉降到底部，此时要求偏心大小头底平，用排气阀排除大小头处积聚的气体。≤DN5者可用同心大小头（变径管）；当泵入口管系统中有U形部分时，应在其高点设排气口，一般情况不得有袋形。

塔、槽最低液面与泵入口中心线高差确定后，为提高吸入管系统有效汽蚀余量，则应减少入口管系统的阻力。例如，泵入口切断阀一般用闸阀或其他阻力较小的阀门（此阀门直径可比管线直径小，但不得小于泵入口管嘴直径）；不用截止阀。以及泵的入口管在满足热应力容许的范围内应尽量减少长度，减少拐弯、其管经应比泵入口嘴直径大1~ 2级，以减少摩擦阻力。但是，输送高温液体的泵，为了增加管线的挠性而增加弯管时，应对吸入管系统有效汽蚀余量进行核算。吸入管线典型布置见图4.2.a、b。

含有固体颗粒的管线：对输送含有固体颗粒的管线，为避免颗粒沉降堵塞管线，泵的分支管可采用大于45°角连接，阀门尽量靠近分支处安装，见图4.3。

侧向吸入的泵：当泵出入口管线压差较大时，往往选用侧向吸入的泵，这种泵一般是多级泵。当液体进入泵嘴时，如有偏流、旋涡流时，则会破坏液体在叶轮内流动的平衡，影响泵的扬程和轴功率，同时由于流体进入叶轮的角度与设计要求不同，会出现气阻，造成振动和噪声，因而使泵的性能变劣，泵的寿命缩短。为防止这种现象的发生，侧面吸入的离心泵入口处要有一段长度大于三倍管径的直管段，然后才能连接弯头。

双吸离心泵：对于双吸离心泵，为使泵轴两侧推力相等，叶轮平衡，吸入管线应有一段直管段。如图4.4所示。当吸入管线与泵轴平行，在同一平面与泵连接时，泵吸入口法兰前方应有7D（以厂商要求值为准）以上的直管段，以防止由弯头引起介质偏流，从而降低泵效率和损伤叶轮；当吸入管线与泵轴成直角和泵吸入嘴相接时，直管段可包括弯头，也可把大小头和切断阀视作直管，见图4.4若安装直管段确有困难时，应在泵嘴附近安装整流管或加导流板以防止偏流和涡流。

过滤器的设置：在施工过程中，管内不可避免地会留些焊渣等杂物，因此在紧靠泵吸入管线切断阀的下游，一般设置过滤器，并应确保清扫时取出金属网所需空间。抽取金属网的方向及所需空间，因过滤器型式而异，因此必须很好地了解过滤器的构造再进行管线设计，特别要注意过滤器安装方式受介质流向的限制。(见图4.5)

T型过滤器：T型过滤器正在逐渐推广使用，其过滤面积较大，且在拆除过滤器时不必卸下一段短管，只要卸下一块盲板就能取出过滤网，不需要重新对泵的轴线进行找正。

⑴图4.5-1为角式T型过滤器，必须安装在管线90°拐弯的场合。管线举例见图4.5-2。

⑵图4.5-3为直通式T型过滤器，必须装在管线的直管上，金属网抽取出方向以管线为轴，任何一个方向均可抽出。安装在水平管上时，应下向安装或下向小于斜30°安装。管线举例见图4.5-4。

Y型过滤器：图4.5-5为Y型过滤器，它和直通式T型过滤器一样，安装于管线的直管部分。为降低泵入口阀门高度，可采用异径Y型过滤器。金属网抽出方向，以管线为轴可任意方向抽取。安装位置也同直通式过滤器。(见图4.5-6)

锥型过滤器：此类型过滤器也称临时过滤器。在试运转时，泵吸入口装临时过滤器，以免杂物损坏泵。当试运转结束后，再把此过滤器取下。临时过滤器插入两法兰之间。(见图4.6a)为了便于拆卸，临时过滤器前后要有一段可拆卸的短管，(见图4.6b)一般锥型过滤器应安装在对泵调校影响较小的位置上。由于拆装锥型过滤器要影响泵的安装精度，所以一般大型泵或热油泵多选用T型或Y型过滤器。

注：① 临时过滤器；② 确保临时过滤器插入长度；

③ 取下这段管线，便可取出过滤器，应确保取管空间；

④ 在承受管线荷载的位置上设置支架。

当泵的吸入口和排出口在同一个垂直面上时，为便于安装阀门，进出口可用偏心异径管或二个45度弯头增大进出口管间距，见图4.7。

若泵从池内抽液，吸入管底部要设底阀和过滤器，若管底部未设底阀泵启动时要有灌入“吸入液柱”或加真空泵排气的手段。见图4.8。

当泵的入口管线较短且不阻碍通道时，可沿地面敷设；如必须穿越通道时可在该管上设钢制过梯。泵的吸入管最低处应设放净阀。

当泵靠近其吸入设备布置，该设备下沉量大且与泵不在同一基础时，欲降低管线作用于泵进出口之作用力，一般采用软管、膨胀节、柔性套管接头（DRESSER COUPLING）以吸收该设备沉降值，减少因沉陷而造成管线作用于泵进出口上的作用力。

泵的出口管线：

泵的出口管线，虽不像入口管那样影响泵的性能。但是，管系的压降和热应力，仍须认真考虑。一般泵出口管比吸入管小1-2级，流速增大，不易产生气阻。为防止流体倒流（如单台泵的停泵及并联泵的启动或停泵等）在泵出口与第一道切断阀之间设止回阀，其管径与切断阀相同；其形式以旋启式或蝶式止回阀为好，详细说明如下：

泵的出口管线要有一定柔性，特别是在高温高压条件下，必须经过应力分析，根据热应力的大小来确定管线的几何形状。泵出口不宜直接连接弯头。泵出口的切断阀和止回阀间用泄液环放净。

泵出口压力表安装在泵口和止回阀之间的短节上，也可安装在出口异径管上。压力表接管要有根部阀（即切断阀），压力表表头朝向操作面。

泵出口管线一般应直接配异径管，当排出口在上部时，应配同心异径管，当排出口在侧面时，一般取偏心异径管，斜边在上面（底平）。

避免泵出口承受过多管重，大管线3″（含3″以上）应尽量采用45°水平管线配置方式，如果空间不许可，可将CHECK VALVE配置于垂直管线上。见图4.9。

往复式泵会产生流体的脉动，出口管较细时，易产生振动。为了减衰脉动，可在泵出口管上安装缓冲罐（脉动衰减器）；利用气体的压力阻尼吸收脉动。缓冲罐希望尽量的靠近泵，装在泵的出口和第一道切断阀之间为佳。

对于输送含有固体颗粒特体的泵，为减少管线压降和沉积物堵塞管线，泵的入、出口管线均采用45°斜接，阀门尽量靠近分支处。

泵的保护管线：

为使泵体不受损害和正常运转，要根据使用条件设泵的保护管线。

1.暖泵线：

输送介质温度大于200℃时，且有备用泵的情况下，为避免切换泵时高温液体急剧涌入待运行的泵内，使泵体、叶轮受热不均匀而损坏或变形，致使固定部分和旋转部分出现卡住现象，因而需设暖泵线，使停运的泵保持待起动状态，以便随时切换。

布置暖泵管线时，要注意下例事项：

⑴管线的阀门或限流孔板的安装要注意流体的流向；

⑵尽量减少管线死区，对易凝介质，暖泵线的阀门应安装在水平管上，且尽量靠近出口管安装；

⑶要确保阀门间的净距应不妨碍止回阀、切断阀的拆卸；

⑷要考虑泵的维修、检查，且管线不应布置在泵的上方。

对于低温泵则设预冷线，防止启动备用泵时泵体和叶轮因急冷而损坏。预冷线与旁通线基本相同，即在泵出口切断阀止回阀的前后连接DN20（或DN25）的旁通阀，作为备用泵的预冷线。

小流量线：

当泵的工作流量低于泵的额定流量30%时，就会产生垂直于轴方向的力—径向推力。而且，由于泵在低效率下运转，使入口部位的液温升高，蒸汽压增高，容易出现汽蚀，为了预防发生汽蚀，应设置泵在最低流量下正常运转的小流量线。图4.11是最小流量线一例。

小流量线原则上宜按最短管线设计,但用于冷却目的时，也有按较长管线设计的，所以要注意P&ID图上的标注。

平衡线：对于输送常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体处于泡点状态的液体，为防止进泵液体产生蒸汽或有气泡进入泵内引起汽蚀，一般宜设平衡线。平衡线是由泵入口接至吸入罐（塔）的气相段。气泡靠相对密度向上返回吸入罐（塔）内。特别是立式泵，由于气体容易积聚在泵内，所以采用平衡管。

使用这种辅助管线时，气泡仅仅靠本身密度差而移动，所以要由泵向罐（塔）上坡，接到吸入罐（塔）的气相部位。图4.12是平衡管的一例，左下边的平衡管走向弯头太多，容易积聚气泡，应尽量不按此设计。

旁通线：

启动高扬程泵时，出口阀单方面受压过大，不易打开，若强制开启，将有损坏阀杆、阀座的危险。在出口阀前后设置带有限流孔板的旁通线，便可容易开启。同时，旁通线还有减少管线振动和噪声的作用。图4.13是泵出口旁通线。旁通线的安装要求与暖泵线基本相同，但介质流向不同。

防凝线

输送在常温下凝固的高倾点或高凝固点的液体时，其备用泵和管线应设防凝线，以免备用泵和管线堵塞。一般设两根管径DN20防凝线。其中一根从泵出口切断阀后接至止回阀前，与上述旁通线基本相同。为防止备用泵和管线内液体凝固，打开防凝线阀门和备用泵入口阀门，于是少量液体通过泵体流向泵的入口管，使液体呈缓慢流动状态；另一根防凝线是从泵出口切断阀后接至泵入口切断阀前，当检修备用泵时，关闭备用泵出入口切断阀，打开防凝线阀门，少量液体在泵入口管段缓慢流动，以保证管线内流体不凝。防凝线的安装，应使泵进出口管线的“死角”最少。必要时防凝线可加伴热管。图4.14为防凝线。

安全阀线：

来源：暖通南社