淺析離心泵的氣蝕與處理預(yù)防

馬鳴霄

摘 要：離心泵是煉油廠應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，而離心泵在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題，氣蝕問(wèn)題的出現(xiàn)不僅會(huì)對(duì)泵的運(yùn)行產(chǎn)生影響，還將威脅油氣的輸送安全。針對(duì)離心泵氣蝕問(wèn)題，首先從氣蝕的概念和出現(xiàn)的原因出發(fā)，闡述影響離心泵氣蝕的主要因素，以此提出離心泵出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題時(shí)的處理對(duì)策，為離心泵的安全運(yùn)行提供建議。研究表明：離心泵選擇更好的抗氣蝕材料、增強(qiáng)泵內(nèi)流道的光滑度、改善泵內(nèi)流道結(jié)構(gòu)以及選擇性能更佳的葉輪等措施，能有效的解決離心泵的氣蝕問(wèn)題，從而保證離心泵的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：離心泵；氣蝕；原因；影響因素；處理對(duì)策

引言

離心泵因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、基礎(chǔ)小、可直接與原電機(jī)連接、流量均勻、價(jià)格低廉、故障少、使用維護(hù)方便、管理方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。如何正確使用和維護(hù)離心泵是關(guān)系到化工廠正常運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要工作。氣蝕是影響離心泵主要部件、密封件和軸承的主要因素，如何防止氣蝕是提高離心泵使用壽命的最佳途徑。

1、氣蝕的原理簡(jiǎn)介

1.1當(dāng)離心泵運(yùn)行時(shí)，液體壓力隨著離心泵的入口到葉輪入口不斷降低，且壓力在葉片入口處降到最低，此后液體的壓力由于葉輪對(duì)液體做功而快速上升。在一定的輸送溫度下，當(dāng)葉輪葉片入口附近的最低壓力低于液體的飽和蒸汽壓力時(shí)，液體就汽化，產(chǎn)生小氣泡。同時(shí)，使原來(lái)溶解在液體內(nèi)的氣體也逸出，它們不斷積聚而形成氣泡。氣泡在泵內(nèi)隨著液體流動(dòng)，當(dāng)氣泡到達(dá)壓力較高的葉道時(shí)，氣泡內(nèi)的汽化壓力低于外界的壓力，此時(shí)，蒸汽就會(huì)立即凝結(jié)，氣體也會(huì)瞬時(shí)重新溶入液體，從而造成局部真空。于是，四周的液體質(zhì)點(diǎn)就會(huì)以極高的速度向真空中心沖來(lái)，彼此撞擊，形成水錘，使瞬間局部壓力高達(dá)數(shù)十兆帕，當(dāng)這些氣泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無(wú)數(shù)個(gè)小彈頭一樣，連續(xù)地打擊金屬表面。其撞擊頻率可達(dá)20000～30000HZ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，金屬開(kāi)始產(chǎn)生疲勞，表面開(kāi)始呈蜂窩狀或海綿狀。隨之應(yīng)力更加集中，葉片出現(xiàn)裂縫和脫落現(xiàn)象。同時(shí)，在水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側(cè)壁與底之間產(chǎn)生電位差，引起電化學(xué)腐蝕。像這種液體汽化、凝結(jié)、沖擊，形成高溫、高壓、高頻沖擊負(fù)荷，從而使金屬材料出現(xiàn)機(jī)械剝蝕與電化學(xué)腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕現(xiàn)象。

1.2氣蝕的發(fā)生過(guò)程

（1）氣蝕的孕育階段。氣蝕的孕育階段即氣蝕的起始潛伏階段，在這一階段中，氣泡發(fā)展得不多，葉輪和端蓋部件表面產(chǎn)生了少量的塑性變形，但離心泵的性能參數(shù)無(wú)顯著變化。（2）氣蝕上升階段。隨著氣蝕的發(fā)展，氣蝕現(xiàn)象逐漸增加，氣蝕的速率也在不斷加快。在孕育階段的基礎(chǔ)上，發(fā)生氣蝕的部位更容易吸收較多的沖擊能量，從而快速增加了材料的表面的沖擊和失重率。在氣蝕上升階段，氣蝕孔坑幾乎布滿整個(gè)氣蝕部位表面。（3）氣蝕穩(wěn)定階段。氣蝕速率不斷增加，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間達(dá)到一個(gè)最大值，此后一段時(shí)期氣蝕的速率保持恒定不變，這一階段也稱(chēng)為氣蝕率恒定階段。（4）下降階段。在下降階段，氣蝕的速率快速降低或出現(xiàn)不同程度的浮動(dòng)。由于經(jīng)過(guò)前幾個(gè)階段的發(fā)展，受氣蝕材料的表面初步形成孤立的深坑，隨后出現(xiàn)更嚴(yán)重的剝蝕甚至穿孔，使離心泵無(wú)法正常工作。

2、氣蝕危害

（1）產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。當(dāng)氣泡崩塌時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的水錘，發(fā)出“劈裂”的聲音，并引起泵的振動(dòng)，導(dǎo)致泵不能正常工作（2）沖蝕流道部件。在葉輪某些部位受到巨大沖擊力的反復(fù)作用下，葉輪表面由點(diǎn)蝕疲勞為蜂窩狀或海綿狀，葉片受到嚴(yán)重的表面沖蝕和穿透破壞。（3）氣蝕不能控制，泵繼續(xù)振動(dòng)，導(dǎo)致密封圈被振動(dòng)打破，介質(zhì)泄漏，在化工企業(yè)中構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患，可能引起火災(zāi)爆炸事故。（4）空化振動(dòng)影響軸承的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)造成軸承齒條損壞，然后軸承球損壞，軸承振動(dòng)增大，嚴(yán)重時(shí)軸承溫度繼續(xù)上升，軸承箱著火。（5）泵性能突然下降。當(dāng)泵內(nèi)發(fā)生汽蝕時(shí)，流體介質(zhì)的連續(xù)性受到破壞，泵的揚(yáng)程、流量和效率將顯著降低，導(dǎo)致泵不能繼續(xù)正常工作。

3、影響離心泵氣蝕的主要因素

（1）離心泵自身因素。離心泵的自身因素可以分為兩種類(lèi)型。第一，離心泵自身的抗氣蝕能力較差，這主要是由于離心泵的制作材料所導(dǎo)致，一把情況下，同型號(hào)的離心泵所選用的材料不同，其自身的抗氣蝕能力會(huì)存在較大差距，相對(duì)來(lái)說(shuō)，不銹鋼等合金材料的抗氣蝕能力較好[2]；第二，離心泵的吸入裝置或吸入通道存在問(wèn)題，主要是指吸入通道設(shè)計(jì)不合理或吸入裝置存在故障，當(dāng)離心泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，吸入裝置極易出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致氣蝕出現(xiàn)，吸入通道主要是由于生產(chǎn)廠家采用了劣質(zhì)材料，離心泵運(yùn)行一段時(shí)間后吸入通道產(chǎn)生了變形，從而導(dǎo)致氣蝕問(wèn)題的出現(xiàn)。（2）外界因素。影響離心泵出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題的外界因素可以分為三個(gè)方面。首先，離心泵操作人員自身問(wèn)題，當(dāng)工作人員自身能力不足，在實(shí)際中出現(xiàn)操作問(wèn)題時(shí)極易出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題，相對(duì)來(lái)說(shuō)，操作人員因素是引起氣蝕問(wèn)題的主要外界因素；其次，大多數(shù)離心泵安裝完成后并不會(huì)進(jìn)行大的位置變動(dòng)，如果此時(shí)地面施工或者有大型機(jī)械路過(guò)，將會(huì)使離心泵發(fā)生位移，離心泵的吸入通道和管道之間產(chǎn)生錯(cuò)位，此時(shí)也容易出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題；最后，自然界的環(huán)境因素也會(huì)對(duì)氣蝕產(chǎn)生一定的影響，例如當(dāng)離心泵所處區(qū)域產(chǎn)生暴雨，導(dǎo)致泵內(nèi)進(jìn)水，也會(huì)引發(fā)氣蝕問(wèn)題。

4、離心泵氣蝕的處理及預(yù)防改進(jìn)

4.1氣蝕發(fā)生后的處理措施

（1）處理泵本身。在氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，應(yīng)根據(jù)出現(xiàn)的振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)檢查。通過(guò)降低泵的轉(zhuǎn)速、排量，并根據(jù)需要，對(duì)泵進(jìn)行拆檢，仔細(xì)檢查泵內(nèi)部葉輪和端蓋的氣蝕情況，并根據(jù)離心泵氣蝕的輕重采取相應(yīng)措施。（2）處理輸送管系。除了檢查泵本身外，還要仔細(xì)檢查泵進(jìn)口管路、各閥門(mén)等氣密性；檢查泵出口、管路、濾器等管系情況。（3）處理輸送介質(zhì)。在氣蝕發(fā)生時(shí)，可調(diào)整泵前后的液位、介質(zhì)的溫度及壓力等參數(shù)，從而減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2離心泵氣蝕現(xiàn)象的預(yù)防改進(jìn)

4.2.1設(shè)計(jì)方面

（1）在泵管和葉輪方面，可適當(dāng)減小葉輪入口與泵入口之間的距離、減少吸入管長(zhǎng)度，或者適當(dāng)增大管徑，以便降低管路阻力。（2）采用雙吸葉輪，因兩側(cè)壓力基本平衡，可降低泵吸入口的真空度，同時(shí)能更好滿足流量和揚(yáng)程需要，使泵的轉(zhuǎn)速降低，減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。（3）減少吸入管路彎頭、管路閥門(mén)、管道長(zhǎng)度，來(lái)降低壓力損失；采取穩(wěn)流措施，最大程度保證泵入口介質(zhì)平穩(wěn)動(dòng)流，避免流道內(nèi)產(chǎn)生渦流，以減緩氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.2.2制造方面

（1）采用強(qiáng)度和硬度較高、韌性和化學(xué)穩(wěn)定性好的抗氣蝕材料來(lái)加工葉輪和泵殼。（2）通過(guò)不同的強(qiáng)化處理方法增加材料的耐蝕性。例如：材料滲氮處理、材料的熱處理、鍛壓加工硬化等工藝。（3）涂抗氣蝕材料涂層。例如：熱噴涂鈷基合金涂層等。

4.2.3使用方面

（1）適當(dāng)降低輸送介質(zhì)的溫度，來(lái)減少汽化壓力，從而有效的降低氣蝕的程度和頻率，減小氣蝕發(fā)生的可能性。（2）提高離心泵入口壓力，減少離心泵工作轉(zhuǎn)速。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)離心泵出現(xiàn)氣蝕問(wèn)題時(shí)，不僅會(huì)使流體的輸送效率大大降低，而且會(huì)縮短離心泵的使用壽命，威脅離心泵的運(yùn)行安全。為了防止氣蝕問(wèn)題的出現(xiàn)，相關(guān)專(zhuān)家可以從離心泵選擇更好的抗氣蝕材料、增強(qiáng)泵內(nèi)流道的光滑度、改善泵內(nèi)流道結(jié)構(gòu)以及選擇性能更佳的葉輪等方面入手，分別采取各項(xiàng)措施，降低離心泵的氣蝕概率，保障運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

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