減壓精餾塔底出料泵安裝高度的計(jì)算

史 航

減壓精餾塔底出料泵安裝高度的計(jì)算

史 航

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化工系，遼寧 錦州 121001）

汽蝕對(duì)泵的危害很大，防止泵的汽蝕不僅能提高設(shè)備的使用壽命，對(duì)降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也至關(guān)重要。本文以減壓精餾塔底出料泵為例，介紹了泵允許安裝高度的計(jì)算過(guò)程，保證塔內(nèi)液面與泵進(jìn)口高度差，避免塔底泵因發(fā)生汽蝕作用而損壞，又能保障生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

減壓塔；飽和蒸汽壓；泵；允許安裝高度

汽蝕又稱(chēng)空化，是液體的特殊物理現(xiàn)象［1］。泵在運(yùn)行過(guò)程中，由于某些原因使泵內(nèi)局部位置的壓力降到液體在相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力時(shí)，液體就開(kāi)始汽化生成大量的氣泡，汽泡隨液體流向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到壓力較高部位時(shí)，迅速凝結(jié)、潰滅［2］。泵內(nèi)液流中汽泡的生成、潰滅過(guò)程涉及到物理、化學(xué)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為泵的汽蝕現(xiàn)象［3］。

離心泵在產(chǎn)生汽蝕條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，泵體震動(dòng)并發(fā)生噪聲，流量、揚(yáng)程和效率都明顯下降，嚴(yán)重時(shí)甚至吸不上液體［4］。為避免發(fā)生汽蝕，就應(yīng)該設(shè)法是葉輪入口附近的壓強(qiáng)低于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓。通常，根據(jù)泵的抗汽蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是防止發(fā)生汽蝕的有效措施。本文結(jié)合工程實(shí)例介紹了碳酸二甲酯聯(lián)產(chǎn)丙二醇生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)如何確定丙二醇減壓精餾塔底泵的安裝高度做了詳細(xì)的分析與計(jì)算。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

碳酸二甲酯采用酯交換生產(chǎn)工藝過(guò)程中，有附加值較高的丙二醇生成，反應(yīng)方程式如圖1［5］。

圖1 碳酸二甲酯酯交換反應(yīng)方程式

生成的丙二醇經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后，用輸送泵輸送到減壓精餾塔中，塔頂出料為甲醇，塔底產(chǎn)品為1，2-丙二醇和碳酸丙烯酯，其中1，2-丙二醇占約97%，碳酸丙烯酯占約3%，塔底溫度為約為161 ℃，塔內(nèi)真空度為約為25 700 Pa。由于塔內(nèi)為負(fù)壓操作且物料溫度較高，所以塔底輸送泵的安裝位置尤為重要，如果泵的安裝高度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生汽蝕，不僅會(huì)損壞泵本身，還會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)物料衡算確定了塔底泵的型式后，合理地確定泵的安裝高度，是防止發(fā)生汽蝕的有效措施。流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2［6］。

2 泵安裝高度的計(jì)算

2.1 計(jì)算依據(jù)

以塔內(nèi)的液面為基準(zhǔn)面，列出塔液面0-0與泵入口1-1截面間的柏努利方程，得：

1/=0/-H-12/2-∑H(1)

為了避免汽蝕發(fā)生，液體經(jīng)吸入管到達(dá)泵入口處所具有的壓頭（1/+12/2），不僅能液體推進(jìn)葉輪入口，而且應(yīng)大于液體在工作溫度下的飽和蒸氣壓頭P/，其差值為有效富余壓頭，常稱(chēng)為有效汽蝕余量△，單位為m(液柱)。表達(dá)式為:

△h= （1/+12/2）-P/(2)

由（1）與（2）求得:

H=0/-P/-△h-∑H(3)

隨著泵的安裝高度增高，有效汽蝕余量△將減小。當(dāng)△減小到允許汽蝕余量△相等時(shí)，則開(kāi)始發(fā)生汽蝕，此時(shí)的安裝高度為最大允許安裝高度，以gmax表示。將式(3)改寫(xiě)為:

gmax=0/-P/-△-∑H(4)

式中:0—塔內(nèi)液面上方的壓力，Pa;

P—液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓，Pa;

△—允許汽蝕余量，m;

∑H—吸入管路的壓頭損失，m。

為了保證泵的安全操作，不發(fā)生汽蝕，泵的實(shí)際安裝高度H必須低于或等于式（4）的計(jì)算值，即H≤Hmax。

2.2 計(jì)算過(guò)程

首先，需計(jì)算出該溫度下的飽和蒸汽壓，由于工程上的計(jì)算較為初略，混合物中含97%的丙二醇，可近似按純丙二醇計(jì)算其飽和蒸汽壓，所以，根據(jù)安托因方程，計(jì)算在輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓公式為：

lnP=-/(+)

其中：P—物質(zhì)的蒸汽壓，kPa；

— 絕對(duì)溫度，K。

通過(guò)《有機(jī)化合物試驗(yàn)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》［7］查得溫度在△=318～461 K范圍內(nèi)=7.91179；=2554.9；=-28.611，塔底溫度為161 ℃（434.15 K），符合此范圍內(nèi)，可以應(yīng)用此數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

lnP=-/(+)

=7.91179-2554.9/405.539

=1.6112

P=40.905 kPa=40 905 Pa

將P代入上述的離心泵最大允許安裝高度計(jì)算式（4）Hmax=0/-P/-△-∑H

其中減壓塔內(nèi)操作壓力為=25 700 Pa，混合物飽和蒸壓取=40 905 Pa，從離心泵的性能表中可以查得△為3 m，吸入管路的全部壓頭損失約為1.5 m，混合物的密度可由《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》［7］近似按丙二醇的密度為884 g/m3,代入上述公式得：

Hgmax=P0/ρg-Pv/ρg-△h-Hf

=25700/(884×9.81)-40905/(884×9.81)-3-1.5

=-6.22 m

通常為了安全起見(jiàn)，考慮泵安裝高度的安全裕量，取-6.22-0.5=-6.72，所以，泵的安裝高度為塔內(nèi)液面高于泵入口處6.72 m。

3 結(jié) 論

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，泵運(yùn)行效果良好，從而證明了泵安裝高度較為合適。另外，當(dāng)液體的輸送溫度較高或沸點(diǎn)較低時(shí)，由于液體的飽和蒸汽壓較高，就要特別注意泵的安裝高度。一般，生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)如操作溫度、壓力、流體的種類(lèi)、流量在設(shè)計(jì)前就已確定，吸液管路的阻力直接影響泵的安裝高度，在吸液管路中設(shè)置的彎頭、閥門(mén)等管件越多，管路阻力越大，泵的入口壓力越低。因此，盡量減少一些不必要的管件或盡可能的增大吸液管直徑，減少管路阻力，也可以防止泵汽蝕產(chǎn)生。

［1］王華. 水泵汽蝕的產(chǎn)生、危害與預(yù)防[J]. 廣東農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2012，(9)：44.

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［3］姜莉莉. 離心泵汽蝕現(xiàn)象及實(shí)例分析[J]. 化學(xué)工程與裝備，2010，(4)：94-95.

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Calculation of the Installation Height of Discharge Pump at the Bottom of Decompression Distillation Column

(Liaoning Petrochemical College of Vocational Technology, Liaoning Jinzhou 121001, China)

Cavitation erosion can cause heavy damage to the pump; avoiding the cavitation damage not only can improve service life of pump, but also can reduce the production cost. In this paper,calculation process of theallowable installation height of pump was introduced with the discharge pump of decompression distillation column bottom as an example. The key point of the calculation method was put forward to determine the height difference between inlet height of pump and fluid level in distillation column in order to avoid cavitation damage of pump and insure the normal operation of the equipments.

decompression distillation column; saturated vapor pressure; pump; allowable installation height

2016-11-21

史航（1980-），男，講師，碩士，遼寧省錦州市人，2008年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：精細(xì)化工。

TQ 052

A

1004-0935（2017）01-0076-03