淺論循環(huán)冷水泵的氣蝕與防護(hù)

【摘要】“千里之堤毀于蟻穴”。汽蝕是影響離心泵運(yùn)行和使用壽命的重要因素，無(wú)論是在離心泵的選用上，還是在實(shí)際的使用過(guò)程中，都應(yīng)計(jì)算并注意汽蝕所帶來(lái)的影響。

【關(guān)鍵詞】氣蝕現(xiàn)象；有效汽蝕余量；必需汽蝕余量；安裝高度

1、概述

中石油寧夏石化公司20011年進(jìn)行煉油裝置改擴(kuò)建工程，原油加工能力從150萬(wàn)噸/年上升至500萬(wàn)噸/年，催化裂化加工能力從60萬(wàn)/年提高到260萬(wàn)噸/年。在2012年7月，煉油廠水汽車(chē)間例行檢修403單元4#循環(huán)冷水泵時(shí)，拆泵后發(fā)現(xiàn)冷水泵葉片入口邊緣附近有小部分麻點(diǎn)和蜂窩狀凹坑，車(chē)間領(lǐng)導(dǎo)初步判斷可能是泵發(fā)生了氣蝕。為了不影響以后煉油廠的正常生產(chǎn)，車(chē)間決定對(duì)有小部分腐蝕的葉輪進(jìn)行了更換。4#循環(huán)水泵是二循流量最大的離心泵，對(duì)整個(gè)二循能否長(zhǎng)久平穩(wěn)運(yùn)行有著舉足輕重的作用，二循4#循環(huán)冷水泵是否有氣蝕現(xiàn)象，能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，搞清離心泵汽蝕機(jī)理和防護(hù)是關(guān)鍵所在。

2、煉油廠二循循環(huán)水泵設(shè)備概況

水汽車(chē)間403單元P-301A/B/C（型號(hào)：500S-59）是臥式離心泵，由蘭州水泵廠1999年制造，2000年5月投運(yùn)至今，403單元P-301D（型號(hào)：DFSS600-830A）也是臥式離心泵，由上海東方泵業(yè)2007年5月制造，2007年7月投運(yùn)至今。

3、離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因

離心泵是原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，用于輸送不同性質(zhì)的液體，由于葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，泵中的液體在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪的帶動(dòng)下產(chǎn)生慣性，由于高速的圓周運(yùn)動(dòng)使液體被甩出，將各種液體輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。

離心泵汽蝕的產(chǎn)生原因是泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)其周?chē)蜁?huì)形成低壓空氣，當(dāng)外界壓強(qiáng)一定（也就是處于正常值時(shí)），同時(shí)溶解在該液體中的氣體也會(huì)逸出，形成大量小氣泡，當(dāng)氣泡凝結(jié)使液體發(fā)生撞擊泵內(nèi)部的一部分壓力就會(huì)突然增高，這樣液體正常的流動(dòng)受到阻礙。上述這個(gè)過(guò)程：由液體氣化到凝結(jié)形成再到高頻沖擊負(fù)荷，造成金屬材料的機(jī)械剝落和電化學(xué)腐蝕的綜合現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為“汽蝕現(xiàn)象”。

泵長(zhǎng)時(shí)間在汽蝕條件下工作時(shí)，在連續(xù)強(qiáng)烈的高頻（600～25000Hz）沖擊下（有時(shí)壓力可達(dá)50MPa），金屬表面就會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)金屬晶粒松動(dòng)并脫落，呈現(xiàn)出蜂窩狀、海綿狀、溝槽狀、魚(yú)鱗狀甚至穿孔、斷裂。

4、403單元二循循環(huán)冷水泵汽蝕計(jì)算

我們都知道一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約等于10m水柱（理想狀態(tài)約為10.33米），也就是說(shuō)如果把泵放到一個(gè)很深的水池子上面，水面與大氣是相通的，這時(shí)讓泵將水向外排，泵最大的可能性是使水面下降到與泵軸線垂直距離10m的地方，如果泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)的水面也不可能再下降了。泵也無(wú)法向外繼續(xù)送水，其排出的將是氣，這種狀態(tài)，我們把它叫汽蝕。但實(shí)際上泵是無(wú)法完全讓水面下降到與其軸線垂直10m距離，多少會(huì)剩下一部分。剩下這部分水如果也以m為單位來(lái)計(jì)算的話，就是這臺(tái)泵的汽蝕余量，也叫泵的必需汽蝕余量NPSHr，NPSHr是由泵廠家根據(jù)實(shí)驗(yàn)（通常用20℃的清水在額定流量下測(cè)定）確定的汽蝕余量，單位是米。NPSHr越小說(shuō)明泵的吸上性能越好。一旦泵廠家型號(hào)確定了，NPSHr也就確定了。

NPSHa：裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量。NPSHa=；其中p是液體密度，p1是吸入口壓力，是吸入管道壓力損失，h是泵的安裝高度，pv是液體在該溫度下的汽化壓力，一旦管路裝置確定了，其N(xiāo)PSHa也就確定了。要保證泵正常工作，不發(fā)生汽蝕，那就必需使泵的必需汽蝕余量NPSHr和裝置汽蝕余量NPSHa間有一個(gè)安全裕量S，即滿(mǎn)足NPSHa-NPSHr≥S。對(duì)于一般離心泵S，通常取0.6～1.0m。

下面我們分別來(lái)計(jì)算一下二循冷水泵的安裝高度：NPSHa-NPSHr≥0.6NPSHa≥0.6+NPSHr

寧夏銀川的海拔為1112米，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約等于88.35Kpa，9.08m水柱

是吸入管道壓力損失，計(jì)算考慮材質(zhì)為鋼管、鑄鐵管

當(dāng)ν<1.2m/s時(shí)，=0.000912v2（1+0.867/v）0.3/d1.3

當(dāng)ν≥1.2m/s時(shí)，=0.00107v2/d1.3

式中v—管內(nèi)流速，m/s；d—管道內(nèi)徑，m；

P-301A/B/C管內(nèi)流速為16.167m/s；P-301D管內(nèi)流速為16.33m/s

通過(guò)計(jì)算P-301A/B/C的=0.5433m；P-301D的=0.4538 m

水在30℃下的汽化壓力為0.0471atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），=0.48542m

二循冷水泵P-301A/B/C的NPSHr=6m；二循冷水泵P-301D的 NPSHr=9.5m

所以P-301A/B/C的安裝高度h≤9.08-0.5433-0.48542-6-0.6=1.4513m

P-301D的安裝高度h≤9.08-0.4538-0.48542-9.5-0.6=-1.96m

通過(guò)以上計(jì)算，我們可知二循1#、2#、3#循環(huán)冷水泵的最高安裝高度為1.45m左右，對(duì)臥式泵來(lái)說(shuō)，即泵軸中心線至吸入液面的高度差，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝情況來(lái)看，二循1#、2#、3#循環(huán)冷水泵的安裝高度小于1.5米，因此不會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。但根據(jù)理論計(jì)算二循4#循環(huán)冷水泵的最高安裝高度為負(fù)1.96m左右，意味應(yīng)該將泵安裝于吸入液面2米以下，但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝情況來(lái)看，二循4#循環(huán)冷水泵的安裝卻在吸入液面1.5米以上，因此肯定會(huì)發(fā)生泵氣蝕現(xiàn)象。

5、改進(jìn)循環(huán)水泵氣蝕余量的措施

為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，最主要的就是不使葉輪進(jìn)口處的壓力過(guò)多降低，降低循環(huán)水泵氣蝕的措施有：

（1） 水泵安裝時(shí)，盡可能降低水泵的安裝高度，強(qiáng)烈建議安裝4#循環(huán)冷水泵應(yīng)該將泵安裝于吸入液面2米以下。

（2） 盡量保證不要讓水泵在超過(guò)額定的轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)行。防止壓力升高。

（3） 被抽送的液體要保持在合適的溫度，不應(yīng)溫度過(guò)高，保證入口處介質(zhì)都是液態(tài)。

（4） 運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量使水泵在額定流量下運(yùn)行，以避免液體脫離葉片壁。

6、結(jié)語(yǔ)

汽蝕是影響離心泵運(yùn)行和使用壽命的重要因素，因此無(wú)論是在離心泵的選用上，還是在實(shí)際的使用過(guò)程中，都應(yīng)注意汽蝕所帶來(lái)的影響。從而采取適當(dāng)?shù)拇胧?，根?jù)其機(jī)理，有效地降低或避免汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)醒凡.《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》.宇航出版社.1995年9月版

[2]陳偉.《機(jī)泵選用》.化學(xué)工業(yè)出版社.2009-03

作者簡(jiǎn)介

梁小偉，男，1999年畢業(yè)于寧夏大學(xué)機(jī)械系過(guò)程裝備與控制工程，本科學(xué)歷，在寧夏石化公司煉油廠水汽車(chē)間長(zhǎng)期從事設(shè)備管理工作，工程師。