徐志敬
洛阳石化工程设计有限公司 河南 471000
摘 要：本文主要考虑到泵在石化装置中的重要性，根据泵的设计规范结合工艺流程，从泵的布置、管道设计、管道应力及支架介绍泵在配管设计中需要注意的一些问题。
关键词：泵；配管；管道支架；管道应力
泵是一种转换能量的机械，它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体动能和压力能增加，将液体从一个装置输送到另一个装置。由于石化装置中的原料、产品等液体都要用泵来输送，所以在管道设计中，几乎每个装置都会遇到泵的布置和配管问题。考虑到泵的种类很多，布置和配管的方式也不尽相同，本人参考有关泵配管设计的各种规范并结合一些工作经验浅谈泵布置和配管的一些要求。
1 泵的布置
1.1泵的布置方式
泵宜露天或者半露天布置。在寒冷或者多风沙地区的泵可布置在室内。
1.2 泵的布置要求
在装置内一般先布置塔、换热器、管廊、构筑物等，再确定泵的位置，同时考虑操作和检修通道。首先应根据泵的形式考虑操作面的间距和方向，其次考虑检修。泵成排布置时，应按防火要求、操作条件和物料特性分组布置，宜将泵端出、入口中心线对齐，或将泵端基础边线对齐。大小不一的泵成双排布置时，宜将两排泵的动力端相对，在中间留出检修通道。
1.3 泵基础及排列方式
泵的基础尺寸一般根据泵制造厂给出泵的底座尺寸的大小来确定。可按地脚螺栓中心线到基础边200～250mm估计。设计泵的基础时应按预留孔方案考虑。泵的基础面宜比周围地面高出200mm,最小不得小于100mm。根据工艺流程在泵吸入口前安装过滤器时，泵基础高度应考虑过滤器能方便清洗和拆装，可适当抬高基础高度，现场施工时须待泵到货后核实尺寸后方可施工。
泵并列布置时可使其出口中心线取齐，这样布置管道比较整齐，泵前也有了方便整齐的操作面，便于设置排污管或排污沟，泵的电机、开关和电流表对齐不仅美观，还且便于操作，更重要的是向电机引电缆线不仅容易而且经济，施工也比较方便。
2 泵进出口管道的设计
2.1 泵的进口管道设计
泵进口管线设计是确保泵经常处于正常工作状态的关键，即从设计上采取措施防止泵产生气蚀现象，一般应注意以下几点：①应尽可能缩短管道长度，减少弯头，以降低介质流动的压力降；②应尽量避免气袋，从设备到泵的进口管嘴管道标高应逐步下降，中间不应出现“U”形和“∏”形， 若不能避免需在气袋顶加放气阀；③若在水平管道上变径，需采用偏心大小头以避免形成气袋。④泵入口切断阀一般用闸阀或球阀，阀门直径可比管线直径小，但不得小于泵入口管嘴直径。⑤在施工过程中，管内不可避免地会残留些焊渣等杂物, 因此在紧靠泵吸入管道切断阀的下游应设置过滤器，安装时应考虑清扫时取出金属网所需的空间。⑥端部和侧面水平吸入的泵(冷水泵除外)，进口处应有大于1~3倍管径的直管段，双吸入泵应有7~10倍的直管段。
2.2 泵的出口管道设计
泵的出口管道，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需认真考虑。一般泵出口管比吸入管小1～2级，容积式泵出口管径应与进口管嘴同径，不易产生气阻。泵出口必须设切断阀，一般泵出口管道与泵嘴直径相同或大一级时切断阀直径与管道直径相同，当大于管嘴二级时，切断阀直径比管嘴大一级。为防止液体倒流在泵出口与第一道切断阀之间设止回阀，形式以旋启式或蝶式止回阀为好。
2.2.1 暖泵线：暖泵线是由工作泵向备用泵送输一部分流体，对备用泵不间断加温，防止流体变粘或凝固，并避免高温介质急剧涌入泵内在造成零件的损坏，以便使保持其待启动状态，其流量一般通过限流孔板调节。布置暖泵管道时要注意下列事项；①管道的阀门或限流孔板的安装要注意流体的流向。②尽量减少管道死区，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。③要确保阀门间的净距不妨碍止回阀、切断阀的拆卸。④要考虑泵的维修、检查，且管道不应布置在泵的上方。如图三中DN20的小线就是所谓的暖泵线。
2.2.2 平衡线：对于输送在常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体或处于沸点状态的液体, 为防止进泵液体产生蒸汽或有气泡进入泵内引起气蚀而设平衡线。平衡线是由泵进口切断阀接至吸入罐的气相段。气泡靠密度差向上返回吸入罐(塔)。特别是立式泵, 由于气体容易集聚在泵内, 所以平衡管被广泛采用。
2.2.3 旁通线：启动高扬程的泵时，出口阀单方向受压过大，不易打开，若强制开启，将有损坏阀杆、阀座的危险。在出口阀的前后设带有限流孔板的旁通线，平衡阀板两侧压力便可容易开启。同时，旁通线还有减少管道振动和噪声的作用，布置要求与暖泵线相同，但介质流向不同。
2.2.4 防凝线：输送在常温下凝固的高倾点或高凝固点的液体时，其备用泵的和管线应设防凝线，以免备用泵和管线堵塞。一般设两根防凝线，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。为防止备用泵和管道内液体凝固，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，使液体承缓慢流动状态；另一根防凝线是从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道的“死角”最少，必要时对防凝线加伴热管。
2.2.5 安全阀线：对于电动往复泵、齿轮泵和螺杆泵，应在出口侧设安全阀(泵本身已带安全阀者除外)，安全阀出口接至泵吸入口和切断阀之间的管道，当出口压力超过定值，安全阀起跳，流体返回入口侧，管道应尽量布置紧凑，且不影响操作。
2.3 泵的附属管线
输送液体温度≥100℃，以及输送原油、石油液化气、液氨的泵均应对泵的轴承、填料函盖、填料函冷却室进行冷却水冷却，当输送液体温度≥250℃时，还应对泵支座进行水冷，或者需要冲洗水把漏出的液体洗掉，以免扩散于大气，有时还需要润滑油或密封液，这些管线叫泵的附属管线。
3 泵的管道应力及支架
输送高温或低温液体时，泵的管道胀缩较大。泵是回转机械，每个泵嘴都有荷载限制，不能承受较大的力，过大将直接影响泵的可靠性。因此必须根据制造厂提供的接口的允许推力和力矩进行核算，决定管道走向。
为了避免配管载荷作用在泵嘴上，影响泵的使用，选择支架的时候要特别注意以下几点：①应在靠近泵的管段上设置恰当的支吊架或弹簧支吊架。②泵出口嘴子向上时，在距泵最近拐弯处，于泵基础以外的位置设置支架，也可在泵嘴正上方的拐弯处由上向下设吊架。③对大型泵的高温进出口管道，为减轻泵嘴的受力而设置的支架，应尽量使约束点和泵嘴之间的相对热伸缩量最小。④泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管道上设置可调可拆支架，也可采用吊架或弹簧吊架。⑤为防止往复泵管道的脉动，应缩短管道支架之间的距离，尽量采用管卡式支架，不宜采用吊架。⑥泵的管道是常温时，应在泵嘴最近处设置固定支架或导向架。⑦泵附属小管道尽量成组布置，以便安装支架，⑧未经泵厂许可，不得在泵底座上安装支架。
4 总结
总之，泵的布置和配管设计是管道专业设计人员在设计过程中经常遇到的，也是遇到的最常见的问题，也是最应该掌握的知识。上面所述的只是理论知识，我们在设计中应结合实际情况，全面加以考虑，在满足工艺的情况下使其设计更加合理。
参考文献：
[1] 张德江，王怀义，刘绍叶. 石油化工装置工艺管道安装设计手册[M]北京：中国石化出版社，2009
[2] 化工装置管道布置设计技术规定(HG505495-1998)
[3] 唐永进. 管道应力分析[M] 北京：中国石化出版社，2003