液化石油氣泵的選型

液化石油氣泵的選型
l  背景
    據資料顯示…，預計到2013年底，全球LPG供應總量將以每年3．5％的速度遞增，其中蘇伊士運河以東地區的供應量比2009年增長30．7％。到201 1年。中東將超過北美，成為世界上****的LPG產區。其中，伊朗、卡塔爾和阿聯酋的LPG產量將明顯增加。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LPG需求的增長仍相對強勁，其中亞洲地區消費量達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。隨著全球經濟的逐漸復蘇，預計未來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LPG市場雖然面臨天然氣等替代能源的沖擊，但是，LPG的應用領域一直在擴展，并且隨著天然氣價格的不斷上調。 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、供應靈活、使用方便。城市、街、鎮、鄉、村等地方均可使用LPG，并可廣泛用于民用、工業、商業等領域。因此，在LPG的傳應鏈條中，LPG儲配站在城鎮范圍內發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備，關乎整個站的安全性和經濟性。本文從選型參數及類型兩個方面論述了LPG泵的選型。
2 LPG泵選型參數的特點
    (1)介質特性：除具有易燃、易爆等特點， LPG比較清潔，在液相呈非均質分布，密度不是常量，且隨壓力、溫度而變化，在設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：在一個連續的工作日內，泵流量在一定的范圍內變化，應選擇在最小流量范圍和****流量范圍內能夠高效可靠運行的泵，這一點對于設計有軸向力自動平衡機構的泵來講尤為重要。
    (4)揚程：液態LPG采用管道輸送時，泵的揚程應大于式(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LPG在管道中的平均流速(m／s)，經濟流速為0.8 m／s～1.4m／s，****不應超過3m／s；
    d：管道內徑(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。
    (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時，NPSHr(介質)：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規范里建議，在泵輸送液態烴時，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，NPSHr值不變。
可以通過以下途徑來防止離心泵產生汽蝕：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重要，所以，本文主要討論無泄漏的屏蔽泵和離心泵，以及經濟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、內套2、轉子3、軸4、滑片5、側板6(未示出)等零件組成。內套與轉子之間有偏心距e，滑片安放在轉子槽內，可沿槽滑動，當轉子回轉時，滑片靠自身的離心力緊貼內套內壁，由內套內表面、轉子外表面、滑片及兩側板端面之間形成若干個封閉工作室，當轉子逆時針回轉時，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。左邊的滑片被內套逐漸壓入槽內，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。轉子轉一周，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，把吸人腔和壓出腔隔開。泵的排量Q與偏心距e、泵的轉速n成正比，因此，可采用改變偏心距和轉速的辦法調節排量或制成系列產品，滿足不同工況的需要。
3．1. 2優點
滑片泵屬于容積式轉子泵，結構簡單緊湊，體積�。换�片泵具有優異的自吸能力，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�；�片泵定轉速定流量工作，泵的出口壓力取決于外部使用條件，可以在較大的范圍內，隨著管路阻力的變化而變化，提供壓力較為穩定，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，滑片頂部與內表面直接接觸，根部均與泵的出口液體相通，在吸人口區域內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的定子以及與其銜接的大圓弧內表面發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，轉子承受不平衡的徑向力就越大，液體在出口管道內產生脈動。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)向泵內注入適量的介質油料，起潤滑、密封的作用。泵的流量調節可采用回流調節，也可采用變速條件，但泵的轉速不能高于額定轉速。
    (2)雖然滑片泵有較強的自吸能力，但是也存在氣蝕現象。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，應將泵排出管路上
的所有閥門打開。若關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。泵出口閥門關閉的情況下長時間運行，易損壞泵內的軸承或將電動機燒毀。因此，滑片泵在使用中，應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等高新科技的發展，使得磁力泵的應用在歐美眾多企業中成為主流。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境的保護的考慮，而且可以節省大量的資金l 6l。目前，我國有許多中小企業都在生產磁力泵，但磁力泵在我國的化工、石油和食品等行業中并沒有成為主流。
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。其關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離套件組成l 7_。隔離套將內磁轉子、介質和外磁轉子隔絕，外磁轉子、內磁轉子相互組成了一個完整藕合的磁力系統。當電動機帶動外磁轉子同步旋轉時，磁場能穿透空氣間隙和非磁性物質的隔離套，作用于帶動與葉輪相連的內磁轉子上，使其同步旋轉，實現非接觸的力矩傳遞，從而達到驅動泵的目的。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、環保、食品、影視洗印、水處理及國防等行業中得到了廣泛應用，是輸送易燃、易爆、揮發、有毒、稀有貴重液體和各種腐蝕性液體的理想設備。
3．2．2優點
    同使用機械密封或填料密封的離心泵相比較，磁力泵具有以下優點：
    泵軸由動密封變成完全封閉式靜密封，徹底避免了介質泄漏。由于液體被封閉在靜止的隔離套內，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設計中的動密封，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。
    由聯軸器或皮帶傳動變成同步旋轉，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生氣蝕振動時對電動機的影響。
過載時，內、外磁轉子相對滑脫，對電機、泵有保護作用。
3．2．3磁力泵操作規程及注意事項
    操作規程_8_：  (1)灌注與排氣在磁力泵啟動前應將泵內灌滿液體，并開啟泵的出口閥門及針形閥等，將泵體內及放氣管內氣體放空，要反復幾次排氣，直至泵中充滿液體為止，待泵內灌滿LPG后再關閉泵出口閥門；(2)啟動完全打開人口管路閥門——關閉出口管路閥門——啟動電機——緩慢打開出口管路閥門，調節出口閥直至達到正常工作壓力；(3)停泵關閉泵的出口閥門——關閉電源——關閉泵進口閥門。
注意事項：(1)停泵后重新啟動程序打開放氣管閥門——放空泵及冷卻管內氣體——灌泵使泵體及吸人管內充滿液體；(2)冷卻液流量調節通過針形閥調節冷卻液的質量流量；(3)設置過濾網操作介質中含有固體顆粒時，應在泵的入口處設置過濾網，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、國防、化學工業等發展，安全和環保問題凸現，引起大家關注，進而提出設備運轉無泄漏要求并開始研發屏蔽泵。到20世紀80年代已取得較好技術水平，現已日趨成熟。隨著化學工業的發展以及人們對
環境，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的發展．屏蔽泵由于沒有轉軸密封，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屏蔽泵的原理和結構特點
    普通離心泵的驅動是通過聯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充滿的壓力容器內，如圖3所示，此壓力容器只有靜密封。這種結構取消了傳統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，電動機的轉子和泵的葉輪固定在同一根軸上，用轉子屏蔽套和定子屏蔽套將電機的轉子和定子隔開，轉子在被輸送的介質中運轉。
3．3．2屏蔽泵的優點   
    全封閉。結構上沒有動密封，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。
結構緊湊體積小。泵與電機系一整體，拆裝不需找正中心。對底座和基礎要求低，且日常維修工作量少。運轉平穩，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，用被輸送的介質來潤滑和冷卻軸承，介質中有固體雜質、潤滑性差的介質不宜采用屏蔽泵輸送。在建設新管網階段，過濾器的選型一定要準確，運行初期清洗濾網的頻率較高。
屏蔽泵效率較低，長時間在小流量情況下運轉，會導致軸承發熱、使液體氣化蒸發，從而造成泵干轉，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，否則容易損壞石墨軸承，發生事故；(2)啟動后觀察出口壓力表，當壓力指示到設計壓力時，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域，說明電機出現故障，請查找原因排除故障后運行；(4)帶冷卻水套的屏蔽電泵，必須先按規定的冷卻水量接通冷卻水，然后開泵運轉；(5)在運轉中，如發現異常聲音或振動等，應立即停機。在沒有查清故障原因且徹底排
除之前，不允許繼續運轉；(6)屏蔽泵不得逆向持續運轉；嚴禁空轉，斷流運轉不得超過30s。4  各類LPG泵的對比性分析
4．1經濟性
    工程總投資經常在很大程度上指導著設備的選型，所以從經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。而大流量的時候應該選用合適的屏蔽泵或者磁力泵。根據個別廠家的報價，對滑片泵、屏蔽泵和磁力泵的經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
從結構型式、優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，以便于指導工程實際中的液化氣泵選型。
5  結論
    綜上所述，對于小型儲配站，因為流量小，可以選用價格占優勢的滑片泵。而對于大型儲配站，因為自動化水平高，附屬設施多，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。