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泵管道布置及应力计算 摘要：石化生产装置中，泵是不可缺少的用于输送介质的机械。离心泵借助其性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠、操作费用最低，维修工作量小等诸多优点，约占工艺用泵总量的80%～90%。泵上管道的布置显得尤为重要。本文具体阐述了泵进出口管道及其支吊架设计的注意事项和泵管口校核的API 610标准。并对实际工程项目中的两台泵管道进行了应力分析，发现由于泵进口管线的柔性不够，使得其管口受力超出了标准限制。为此，在原配管的基础上，通过增加L型弯用管道的自然补偿以增加管道自身的柔性。经分析后，发现管口受力有了很明显的改善，通过标准进行了校核，其满足标准规定。此外值得注意的是，泵管道的柔性并不是越大越好。因为柔性的增加意味着管段的增多，管道中压力降的增大。这除了增加了建造成本外，还可能使其中的介质气化导致泵及管道的噪声和振动。在实际工程项目中，要根据具体情况进行泵管道的布置，使其技术上满足泵标准受力要求，运行中达到安全稳定。 关键词：泵 离心泵 布置 管道 应力 在石化行业设计中，泵是不可或缺的输送液体或使液体增压的机械。泵主要分为三大类，即离心泵、往复泵和旋转泵。由于离心泵的性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠、操作费用最低，维修工作量小等诸多优点，因此在石油化工厂中多采用离心泵。在此所讨论的泵为离心泵。同时各设备之间的连接自然离不开管道，管道在石油化工生产装置建设中占据着很重要的位置，它是物料输送的工具。 由于泵属于旋转机械，其承受管道的作用力和力矩受到极大地限制。当泵管口受力大时，使泵的外壳发生变形，泵旋转的同轴度受到影响，造成泵发出噪音和振动，甚至损坏，则使管口受力尽可能小，并在允许的范围之内显得尤为重要。最理想状态就是使泵管口不受管道的作用力，显然这是不可能的。这些力要么来自于管道的热膨胀要么来自于管系本身的重力，应用泵管线应力分析，并通过改变泵管线的走向和确保其得到合理的支撑，以分析其管口受力。如何设计泵管线及相应支撑，使泵管口的受力满足机械要求，直接影响着泵的使用寿命和管道的安全运行。 1 泵管道设计注意事项 1）泵的入口管道设计 泵吸入管道的设计是确保泵经常处于正常工作状态的关键，应在设计上采取措施防止产生汽蚀现象。一般需要注意以下几点：a、当塔或容器的最低液面与泵入口中心线的高差确定后，为了提高有效汽蚀余量，应减少入口管道系统的阻力，尽可能地缩短管道长度，减少弯头数。b、吸入管道中途不得有气袋。如果难以避免，应在高点设放气阀。c、泵入口变径管的安装应使气体不在变径处积聚，避免安装不当而产生气蚀。 2）泵的出口管道设计 泵出口阀门的设置位置一般有三种型式。如图1所示。 图1 泵出口阀安装示意图 3）泵管线上支吊架设计注意事项 在泵管道设计时，为了减小管道作用于泵管口的力和力矩，通常改变管线走向，使其具有足够的柔性。同时在其支吊架设置方面一般来讲应注意三个方面的问题。第一，应在阀门附近设置支吊架，避免阀重作用于泵管口处。第二，靠近泵管口处的支吊点如存在垂直位移，应考虑选用弹簧支吊架，使热态时支吊架不会脱空，仍能承受管道载荷。第三，在管系中的对称位置附近设置限位或导向支架，其作用是承受远端管道的水平推力，避免作用于泵管口处。 2 管道校核标准（注：红色字我觉得可以不要。。。） 1）一次应力校核条件 压力载荷和持续外载荷在管道上产生的应力属于一次应力。其中持续外载荷包括管道基本载荷（管子及其附件的重量，管内介质的重量和管外保温的重量）、支吊架的反作用、以及其他集中和均布的持续载荷。在此未考虑偶然载荷的作用。 σ 式中 σL——为管道的纵向应力，MPa F——压力引起轴向力之外的附加轴向力，N； A——管道横截面积，mm2； P——设计压力，MPa； D——平均直径，mm； S——壁厚，mm； M——合成弯矩，N·mm； W——抗弯截面模量，mm3； σh 2）二次应力校核条件 计算的最大位移应力范围σE不应超过许用位移应力范围σ σ 若σh大于σL，则 σc——在分析中的位移循环内，金属材料在冷态（预计最低温度）下的许用应力，MPa； σh——在分析中的位移循环内，金属材料在热态（预计最高温度）下的许用应力，MPa f——管道位移应力范围减小系数，本文中取1.0。 3）泵管口校核标准 通常泵承受管道的作用力和力矩的允许值由制造厂家提出。对于制造厂家未提出受力要求的泵，其管口受力一般要求满足API610的规定，如表1所示。 表1 API 610管口载荷表 API 610中对于卧式泵的校核规定如下： （1）当单个管口各分力和力矩不大于上表中的数值时，表示受力合格，不需要进一步校核； （2）当单个管口各分力和力矩超出上表的数值，