作为一种最常用的流体输送设备，离心泵广泛应用于炼油厂各类工艺装置及各种辅助设施中。据统计，炼厂装置中所用的各类泵中，离心泵约占70%以上。离心泵的类型很多，规格更是十分广泛，如何从如此繁多的泵中选出合适的泵型以满足不同操作要求呢？本文简单论述了离心泵选型的步骤和所需注意的问题。
1 离心泵的分类
离心泵的类型很多，根据泵轴的位置可分为立式和卧式，其中卧式离心泵在石油化工装置中应用最为普遍。卧式泵按泵壳的剖分形式有径向剖分和轴向剖分两种，按泵壳的数量有单壳体和双壳体（筒型）两种，按轴承支撑方式有悬臂式和两端支撑式两种，按叶轮级数有单级和多级两种。下表列出了API-610所规定的各种泵型。
底脚安装 OH1
卧式
挠性联轴器中心线支承 OH2 传动 带轴承座的立式管
OH3
道泵
悬臂式 刚性联轴器
立式管道泵 OH4
传动
立式管道泵 OH5
共轴式 与高速齿轮合成一
OH6
整体的泵 轴向剖分式 BB1 离
单级和两级
径向剖分式 BB2 心
两端支
轴向剖分式 BB3 泵
承式
单层壳体 BB4 多级
径向剖分式
双层壳体 BB5
导流壳式 VS1 涡壳式 VS2
单层壳体 轴流式 VS3
立式悬
长轴式 VS4
吊式
悬臂式 VS5 导流壳式 VS6
双层壳体
涡壳式 VS7
2 离心泵的工作原理
离心泵的主要工作部件是叶轮，当原动机带动叶轮旋转时，叶轮中的叶片迫使流体旋转，即叶片对流体沿它的运动方向做功，从而使流体的压力势能和动能增加。与此同时，流体在惯性力的作用下，从中心向叶轮边缘流去，并以很高的速度流出叶轮，进入压出室（导叶或蜗壳），再经扩散管排出。同时，由于叶轮中心的流体流向边缘，在叶轮中心形成低压区，当它具有足够的真空时，在吸入端压强的作用下，流体经吸入室进入叶轮。由于叶轮连续地旋转，流体也就连续地排出、吸入，形成离心泵的连续工作。
3 离心泵的基本性能参数和特征参数 3.1 流量
泵的流量是指泵在单位时间内所输送的液体量。正确的流量选择是首先确定工艺操作下的液体正常、最大及最小流量，选泵时一般以最大流量为基础，并考虑最小流量的要求。选泵时应考虑最佳效率点最好位于额定流量点和正常流量点之间。 泵的最小连续流量分二种：一种是最小连续稳定流量，另一种是最小连续热流量，两者中取其大者为泵的最小连续流量。泵的最小连续热流量可估算。一般以第一种定为最小连续流量，通称最小流量。根据经验，普通离心泵的最小连续流量值约为泵最佳效率点流量的30％左右。当工艺所需最小流量小于泵制造厂给出的最小连续稳定流量，则需设置最小流量旁路线，用限流孔板或调节阀控制。 3.2 扬程
3.2.1液体输送系统所需泵的扬程
输送系统中泵的扬程是用来克服：a. 两端容器液面间的位差；b. 两端容器液面上压力作用的压头差；c. 泵进、出口管线、管件、阀件、仪表组件和设备的阻力损失；d. 两端液体出口和进口的速度头差。
上述液体输送系统所需的扬程H，可用下式计算：
Vd2−Vs2Pd−Ps
（1） +Hd+Hs+hd+hs+H=
ρg2g
式中 H－泵输送系统所需的扬程，m；
Ps、Pd－吸入侧、排出侧容器液面上的压力，Pa； Hd－排出侧（最高）液面至泵中心几何高度，m；
Hs－吸入侧（最低）液面到泵中心几何高度，当液面低于泵中心（吸上）
时，Hs取正值；当液面高于泵中心（灌注）时，Hs取负值，m；
hd、hs－排出侧、吸入侧管系阻力头，m； Vd、Vs－排出侧、吸入侧管内液体的流速，m/s； g －重力加速度，g＝9.81，m/s2； ρ－输送温度下的液体密度，kg/m3。 3.3.2管路系统特性曲线
从公式1可以看出，泵输送系统所需的扬程，其中液位差（Hg=Hd+Hs）及液pd−ps⎛
H=面上的压力差⎜⎜p
ρg⎝
⎞
⎟⎟，在工艺条件确定后，不因流量Q而变；阻力头⎠
⎛Vd2−Vs2⎞
⎟(h=hd+hs)及速度头差⎜⎜2g⎟则随流量Q而变，流量增大，所需扬程亦增加；
⎝⎠
反之，所需扬程亦减小。通常为一抛物线关系，称为管路系统特性曲线，如下图所示。
图1 管路系统特性示意图
从图中可以看出，h曲线的原点在纵坐标轴上，随排出侧和吸入侧液面的压力差和几何高度差(Hp+Hg)而变化。曲线的陡度决定管路的特性系数K（包括设备、控制仪表、阀门、管线和管件等综合的阻力系数）。公式变为：
H系统＝H静＋KQ2 H静＝
pd−ps
+Hd+Hs ρg
管路系统特性曲线与泵的Q－H曲线配合，用以确定一台泵输送系统的工作点，一般尽可能使工作点选在高效率区内，可以节省能量。 3.3 泵的汽蚀余量
3.3.1泵的有效汽蚀余量NPSHa
NPSHa的大小由吸液管路系统的参数和管路中的流量所决定，而与泵的结构无关。泵输入系统所提供的NPSHa，应大于选用泵必需的NPSHr，才能保证泵安全、稳定的运行。所以，使用离心泵时一定要计算使用工况时的有效气蚀余量。
泵输入系统提供的有效气蚀余量可按下式计算： (NPSH)a=ps−pi+Hs−hf
ρg
式中：(NPSH)a－装置泵输入系统提供的有效气蚀余量，m；
PS－泵吸入侧的容器中被输送液体的液面上的压力，Pa(绝压)； Pi－泵入口处液体的蒸气压力；
Hs－吸入侧容器中被输送液体的液面至泵中心线间的液体位差，灌
注时取正值，吸上时取负值，m；
hf－容器与泵入口间吸入管路的各种磨擦阻力头的总和,m；
ρ－输送温度下的液体密度，kg/m3。
g －重力加速度，g＝9.81，m/s2；
由上式可知，提高离心泵有效气蚀余量的措施通常采用的方法是增加液位差，例如：抬高吸入侧容器的液面或降低泵的安装高度等。 3.3.2必需汽蚀余量NPSHr
NPSHr反应了流体进入泵后，在未被叶轮增加能量之前，因流速变化和水力损失而导致的压力能头降低的程度。影响NPSHr的主要因素是泵进水室、叶轮进口的几何形状和流速，而与吸液管、液体的性质等因素无关。 3.4 泵的比转速
泵的比转速用Ns表示，是用来反映相似泵的特征参数，对于几何相似的两台
nQ泵在相似运行工况下，起比值H
Ns=
nQH
343
4为定值。
式中： n－操作转速，rpm；
Q－泵在最佳效率点的流量，m3/s； H－泵在最佳效率点的单级扬程，m；
根据比转速的定义，由工艺条件规定的额定流量、扬程及泵的转速可计算出泵的额定点工作时的比转速，称为泵需要的比转速，而在选泵时，由泵叶轮在最佳效率点的流量、扬程及转速所定义的比转速称为泵配用的比转速。若泵配用比转速和泵需用的比转速相同，则泵的额定点即为BEP点，两者差别越大，额定点与BEP点的偏离也越大，因而泵效率与最佳效率的偏离也越大。 3.5 泵入口比转速
吸入比转速用Nss表示，是用来评价离心泵净正吸压头值的一个特征参数，广泛用于对离心泵吸入（汽蚀）性能的分析和评价。它和泵的比转速一样，是泵水力设计中的一项参数，用来表征给定的第一级叶轮的吸入能力和特性。
Nss=
nQNPSHr
34
式中： n－操作转速，rpm；
Q－泵在最佳效率点的流量，m3/s；（对于双吸泵，Q取入口流量的
1/2）
NPSHr－泵必需汽蚀余量，m。
吸入比转速是由泵在规定转速及规定的叶轮直径下，由最佳效率点的流量和NPSHr所定义的，较低的NPSHr值会使Nss值较高，它意味着有较大的叶轮入口尺寸或大的叶轮入口角。这种叶轮具有在叶轮入口形成内循环的倾向，当泵的流量偏离BEP点时，进入叶轮的液体很难和进口叶片角一致，因而进口处的内循环及水
力学汽蚀（由于水力学上的涡流所引起）的产生并将最后导致轴承、密封及叶轮的故障。这种情况即使在NPSHa足够大的情况下也会发生。统计数据表明， Nss值为11000 (gal, rpm, ft)是一个分界点，大于该值的泵发生故障的几率将显著增加。建议在选择炼厂用泵时应控制Nss≤11000 (gal, rpm, ft).
4 离心泵的选用 4.1 离心泵选型条件
4.2.1输送条件下液体的物性数据
输送条件下液体的物性将对泵的流量、扬程、功率、汽蚀余量、结构、材料、使用方面产生影响，是选泵时需要考虑的重要因素。需要列出的物性数据有：液体名称、密度、粘度、腐蚀性介质名称及其含量、气体或固体（粒度）含量、饱和蒸汽压等。 4.2.2工艺参数
（最工艺参数是选泵的最重要依据，需要工艺专业提供的操作。参数包括流量Q
大、正常、最小）、扬程H、进口压力Ps、出口压力Pd、泵送介质温度T（最高、最低）、有效汽蚀余量NPSHa等。 4.2.3泵的使用环境
根据其所在位置（室内或室外）给出环境温度、相对湿度、海拔高度、沙尘、盐雾情况、防爆区域及防爆等级要求。对安装在有腐蚀性气体存在的场合的泵，要求采用防大气腐蚀的措施。 4.2 离心泵的选型
4.2.1确定泵壳的剖分型式：
泵壳的剖分型式有两种：轴向剖分（水平剖分）和径向剖分（垂直剖分）。根据API610的规定，属于以下任何一种使用条件的，应采用径向剖分的泵壳：
¾ 泵送液体的温度≥200℃
¾ 在规定的泵送温度下液体相对密度小于0.7的可燃或有毒性的介质 ¾ 泵送可燃或有毒性的液体，其出口压力高于10MPa时。
对使用条件不在上述范围内的，可以采用轴向剖分型泵。但从运转可靠性考虑，不推荐采用轴向剖分泵。 4.2.2确定泵壳的支撑方式：
卧式泵泵壳的支撑方式通常分为中心线支撑及底脚支撑；立式泵通常为端部支撑或管道式安装。对于卧式泵，按照API610的规定，泵送介质温度等于或大于177℃，应选用中心线安装。对于悬臂式泵，API610不推荐使用底脚支撑（OH1）。 4.2.3确定泵的结构形式及操作转速：
离心泵结构形式多样，有单吸泵、双吸泵；有单级泵、多级泵等。根据API610的规定，所有的卧式悬臂泵均为单吸单级泵，两端支撑泵包括单吸、双吸、单级、多级等类型。根据工艺参数，按下式初步估算出泵的必需气蚀余量NPSHr。如果按单吸泵在3000rpm运行所计算出的NPSHr大于装置提供的气蚀余量NPSHa，则考虑降低操作转速或选用首级叶轮双吸泵，从而使NPSHr小于NPSHa。
NPSHr
⎛51.64×n×≈⎜⎜Nss⎝
Q⎞
⎟ ⎟⎠
43
式中： NPSHr－必需气蚀余量，m； n－操作转速，rpm；
Q－泵额定流量，m3/s；（对于双吸泵，Q取入口流量的1/2） Nss－入口比转速，取11000（gal，rpm，ft）； 4.2.4估算泵的轴功率及电机功率：
A）泵的轴功率，指单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。 N=
ρgQH
kW
η×1000
式中：η－泵的效率，泵的效率与泵的类型和泵的能力大小有关。泵输送粘稠液体时，效率会有所下降。泵的效率可从泵厂家样本中的性能曲线上查的，也可从下图中查出。
B）电机功率Ne Ne=KN
式中：K－离心泵功率余量系数，按下表选取。
电机功率N，KW
电动机
≤22
1.25
K
汽轮机 1.1
22＜N≤55 ＞55
1.15 1.10
1.1 1.1
此外，电机功率应满足泵在现场以最小流量进行水运时轴功率的要求。
5 选型案例
根据下述工艺参数选择合适的泵型，输送条件下的参数为：Q=2500m3/h，入口压力Ps=1140kPa(g)，Pd=1750kPa(g)，扬程H=105m，泵送温度T=304℃，泵送温度
3
下的饱和蒸汽压Pv=1190kPa(a)，泵送温度下的密度ρ=593kg/m，NPSHa=7.2m。 选型：
1. 根据泵送温度，选择径向剖分、中心线支撑型泵； 2. 估算NPSHr：
按单吸，操作转速n=2950rpm计算, NPSHr≈26m，大于NPSHa； 按单吸，操作转速n=1450rpm计算, NPSHr≈10m，大于NPSHa；
按双吸，操作转速n=1450rpm计算, NPSHr≈6.3m，小于NPSHa，满足要求，故选用双吸泵（两端支撑），BB2结构，选用四极电机（n=1500rpm）； 3. 估算轴功率N：
根据前面提供的流量-比转速-效率曲线，确定泵的效率：
51.64×1450×
2500
2×3600=1345 （gal，rpm，ft）
4Ns=
105
3
Q=2500m3/h=11007gal/min
由图中查得，η≈0.87。由于图中所对应得效率为理论值，一般较厂家所提供的效率值高3-5点，故确定η≈0.84。
593×9.8×
N=
2500
×1053600=505KW 1000×0.84
4. 确定电机功率N：
Ne=505×1.1=555KW，故选用560KW，4P的电机。
参考文献
1. 姜培正 《过程流体机械》
2. 刘绍叶等 《泵、轴封及原动机选用手册》
3. 中国石油和石化工程研究会 《炼油设备工程师手册》
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