離心泵氣蝕現(xiàn)象的分析及預(yù)防

中石化天然氣分公司 山東省天然氣管道有限責(zé)任公司 孫奇北

遼寧石油化工大學(xué) 范開峰 阿斯汗

中國石油 山東銷售倉儲(chǔ)分公司 唐曉明

離心泵氣蝕現(xiàn)象的分析及預(yù)防

中石化天然氣分公司 山東省天然氣管道有限責(zé)任公司 孫奇北

遼寧石油化工大學(xué) 范開峰 阿斯汗

中國石油 山東銷售倉儲(chǔ)分公司 唐曉明

離心泵是靠葉輪以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力將流體介質(zhì)輸送出去的一種流體機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工等國民生產(chǎn)運(yùn)輸行業(yè)。因離心泵具有性能范圍廣、流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和維護(hù)方便等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油、化工類裝置中，離心泵占泵總使用量的70%～80%。但是，離心泵在長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)出現(xiàn)危害較為嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象。氣蝕會(huì)使離心泵的性能下降，嚴(yán)重影響泵的效率和壽命，在作業(yè)中甚至中斷流體輸送，影響流體運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃浴?/p>

一、離心泵的氣蝕余量

通常，將離心泵的氣蝕余量分為有效氣蝕余量和必需氣蝕余量兩個(gè)概念。有效氣蝕余量受離心泵的安裝方式影響，指液體在經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后所剩余的高于氣化壓力pv的能量，用符號NPSHa表示，它只與裝置系統(tǒng)有關(guān)，而與泵的本身特性無關(guān)。必需氣蝕余量指液體由泵吸入口到達(dá)壓力最低處時(shí)的壓力降值，是臨界的氣蝕余量，為“廠方參數(shù)”，用符號NPSHr表示，通常由泵廠方通過試驗(yàn)測定。它與泵的種類和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，并隨著泵的轉(zhuǎn)速和流量的變化而變化，NPSHr越小，泵的抗氣蝕能力就越強(qiáng)。為保證離心泵正常工作而不發(fā)生氣蝕，在安裝上必須保證NPSHa＞NPSHr，一般情況下至少要大0.3 m，以保證有充足的裕量。

通常采用如下公式計(jì)算氣蝕余量：

式（1）中，p1為下游壓力，pv為臨界壓力，Hg為泵的安裝高度，Hf，1–2為吸入管路的流動(dòng)損失（包含彎頭、閥門等處的阻力損失）。則有

式（2）中，v1為葉片進(jìn)口絕對速度，l1為因絕對速度變化及流動(dòng)損失而引起的壓降系數(shù)，w1為葉片進(jìn)口相對速度，l2為流體繞葉片頭部引起的壓降系數(shù)（葉片的氣蝕系數(shù)）。

二、離心泵最易發(fā)生氣蝕的部位

離心泵最易發(fā)生氣蝕的部位有：葉輪上曲率最大的前蓋板處，貼近葉片進(jìn)口邊緣的低壓側(cè)；壓出室中的蝸殼隔舌和導(dǎo)葉上靠近進(jìn)口邊緣的低壓側(cè)；無前蓋板的高比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪葉梢外圓與殼體之間的密封間隙處及葉梢的低壓側(cè)；多級泵中的第一級葉輪處。

三、離心泵氣蝕的危害

1.泵產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。泵在發(fā)生氣蝕時(shí)，由于氣泡的突然潰滅、流體質(zhì)點(diǎn)間的相互撞擊和對金屬表面沖擊，會(huì)產(chǎn)生寬頻帶的噪聲，通常噪聲頻率為600 ～ 2 500 Hz。有時(shí)會(huì)產(chǎn)生出更高頻率的超聲波，嚴(yán)重時(shí)泵內(nèi)會(huì)發(fā)出噼啪的響聲并引起泵的共振，致使機(jī)泵無法正常工作。

2.泵性能的下降。泵發(fā)生氣蝕時(shí)，葉輪和液體間的能量交換會(huì)受到干擾和破壞，使泵的流量、揚(yáng)程、效率、軸功率等性能下降，并伴隨強(qiáng)烈的水擊，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生液體斷流甚至損毀葉輪的現(xiàn)象。

3.過流部件的侵蝕破壞。葉片入口附近的金屬部件表面長時(shí)間受到強(qiáng)烈的水擊，會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)及凹坑，繼而表面呈現(xiàn)溝槽狀、蜂窩狀等痕跡，嚴(yán)重時(shí)造成葉片或者前蓋板穿孔，影響泵的使用壽命。

四、預(yù)防措施

為了避免氣蝕的發(fā)生，要采取相應(yīng)措施使葉片入口附近的壓力維持在某一數(shù)值以上，通常取輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓作為最低壓力值。

1.結(jié)合泵的抗氣蝕性能，合理確定泵的安裝高度是避免氣蝕發(fā)生的有效措施之一。為確定離心泵的允許安裝高度，在國產(chǎn)離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，常采用抗氣蝕性能指標(biāo)來限定離心泵吸入口附近的最低壓力值。

2.通過設(shè)計(jì)計(jì)算，盡可能增大管徑，減小管路長度，減少彎頭和附件數(shù)量，以減小吸入損失，使吸入管路阻力損失減小。

3.采取冷卻、散熱措施，控制流體的輸送溫度，必要時(shí)使用溫度監(jiān)測儀器或者監(jiān)測系統(tǒng)，以便檢測泵中液體的溫度，控制其不超過允許值。

4.在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和離心泵選型時(shí)，除要核算生產(chǎn)運(yùn)行排量外，還要考慮一定的富余排量，以避免泵在大流量下運(yùn)行。在同轉(zhuǎn)速和同流量下，適宜采用雙吸泵。

5.采用液位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和最低、最高液位報(bào)警等方法，保持吸水池水位或壓力在某一范圍內(nèi)，避免離心泵的吸水池水位或吸入壓力低于允許值。

6.提高設(shè)備技術(shù)管理人員的技術(shù)水平并加強(qiáng)崗位操作人員的操作培訓(xùn)，以熟悉設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)泵發(fā)生氣蝕時(shí)，能夠采取調(diào)小流量或降低轉(zhuǎn)速等措施，使設(shè)備運(yùn)行達(dá)到正常。

五、結(jié)論

在石油化工生產(chǎn)過程中，離心泵經(jīng)常會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，對設(shè)備損害較大。但是，只要了解了泵的氣蝕機(jī)理和氣蝕容易造成破壞的結(jié)構(gòu)部件，采取針對性措施，例如合理確定泵的安裝高度、減小吸入管路阻力、保持或增加離心泵的吸水池水位和壓力等，即可有效預(yù)防離心泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，取得滿意的效果。