在污水、污油提升中自吸泵的選用探討

李靖

（江蘇滔海機械制造有限公司，江蘇 靖江 214500）

隨著國家對環(huán)保的進一步重視，煉化企業(yè)在污水、污油方面的處理與處置顯得十分重要。在污水、污油處置時，最關(guān)鍵的工具之一就是泵。大量的污水池、污油罐都是以地下池或者地下罐的方式建造，需要將其中的液體提升到地面或更高處，通?？梢赃x用液下泵、潛水泵或者自吸泵。液下泵制造成本高，維護一次較為耗時耗力；潛水泵長期處于液下，盡管可以監(jiān)測電氣方面的工況，但是，機械方面的故障難以監(jiān)測和預(yù)判，不利于長期維護使用；自吸泵由于處于地面以上，造價不高，維護方便，成為目前污水、污油提升的首選用泵。

自吸泵主要有容積式自吸泵和離心式自吸泵兩種泵型，受到介質(zhì)特性各方面的影響和限制，離心式自吸泵使用范圍更寬泛。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗，對各種自吸泵根據(jù)其原理不同進行分類闡述，提出了不同工況下的較適用泵型。

1 常用離心式自吸泵分類及優(yōu)缺點簡析

常用的離心式自吸泵可以分為三大類：氣液分離型自吸泵、氣液混輸型同步排吸自吸泵、抽真空型自吸泵。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗，對這三種型式自吸泵逐一剖析。

1.1 氣液分離型自吸泵

目前，常見的氣液分離型自吸泵主要有以下兩種：立式無密封自吸泵和普通臥式自吸泵。

（1）立式無密封自吸泵。立式無密封自吸泵主要由泵體、泵蓋、葉輪、副葉輪、軸、入口電磁閥（或單向閥）、出口止回閥、電機等構(gòu)成，如圖1 所示。

該泵型啟泵前先將泵腔內(nèi)灌滿液體，啟泵后，通過葉輪，將入口管道內(nèi)的氣體和液體一同推送至蝸殼上方的氣液分離區(qū)，氣液分離后，氣體通過出口或者軸與泵蓋的縫隙間散逸出去，液體由于重力作用返回蝸殼內(nèi)繼續(xù)與入口管道內(nèi)的氣體混合，如此周而往復(fù)，最終將入口形成真空，介質(zhì)被源源不斷地提升上來，并輸送至所需位置。停泵時，由于入口有電磁閥或者單向閥，破壞虹吸，使得泵腔內(nèi)繼續(xù)儲滿介質(zhì)，以便下次直接啟泵。

該泵型結(jié)構(gòu)十分簡單、材料成本較低、占地小、生產(chǎn)廠家較多，且各家由于掌握技術(shù)不完全一致，一般自吸深度在5 ～8 米。該泵型最大的特點是采用副葉輪動力密封，與普通機械密封相比，使用壽命延長數(shù)倍乃至數(shù)十倍，且不怕抽空，對于含顆粒介質(zhì)，不怕密封易磨損壞。但是，由于改泵型不具備停車密封，容易將氣味或易揮發(fā)介質(zhì)散逸至空氣中，對環(huán)境造成一定程度的二次污染。同時，如果出口止回閥一旦出現(xiàn)失靈，停泵時易發(fā)生軸封處泄露現(xiàn)象。同時，由于副葉輪耗功較大，泵組效率較低，能效較高。

圖1 無密封自吸泵結(jié)構(gòu)示意圖

（2）普通臥式自吸泵。普通臥式自吸泵由與蝸殼及氣液分離室一體的箱體、葉輪、軸、機械密封、軸承座、聯(lián)軸器等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 普通臥式自吸泵結(jié)構(gòu)圖

該型泵也是通過氣液分離將介質(zhì)提升，一般配合入口單向閥使用，使得僅需啟泵前一次灌液，后續(xù)啟泵直接開泵即可。由于使用機械密封，與無密封自吸泵相比，效率得到顯著提升，自吸深度一般在5 ～8 米。該型泵結(jié)構(gòu)簡單，整體造價不高，需要定期維護，維護得當(dāng)，使用壽命較長。由于回流孔的存在，效率受到部分損失，在小流量工況時，表現(xiàn)的尤為明顯。同時，由于回流孔的存在，在面對較多顆粒物介質(zhì)時，容易堵塞回流孔，影響自吸深度。

1.2 氣液混輸型同步排吸自吸泵

如圖3 所示，氣液混輸型同步排吸自吸泵有兩種形式，一種為自吸罐加臥式離心泵，一種為自吸罐加立式管道泵。

該泵在使用前將介質(zhì)灌滿自吸罐，然后啟泵。依靠虹吸原理，將入口管道內(nèi)的空氣和自吸罐內(nèi)的介質(zhì)一起帶走，從而完成自吸，然后，通過離心泵完成揚水的功能。近年來，部分廠商對虹吸灌等進行改造，增加射流裝置等以提升自吸能力，根據(jù)實際使用效果來看，并無太大作用，該泵自吸深度的大小主要取決于入口管道的大小和自吸罐的大小，同等管道情況下，自吸罐越大，相對自吸深度越高，理論上，對于普通污水介質(zhì)，自吸高度最高可達8 米。

該泵的最大優(yōu)點是開泵即出液，無須等待，但是，一旦遇到入口管道較大、自吸罐設(shè)計較小的情況，或者介質(zhì)含有易氣化組分的工況，該泵極易抽空。對于大流量工況，該泵自吸罐占地較大，用地成本較高，也不便于長距離運輸和安裝。

圖3 氣液混輸型同步排吸自吸泵結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 抽真空型自吸泵

抽真空型自吸泵目前一般有兩種表現(xiàn)形式，分別是帶輔助抽真空系統(tǒng)的自吸泵和組合式抽真空自吸泵。帶輔助抽真空系統(tǒng)的自吸泵一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是透平同步排吸泵，此泵現(xiàn)由于透平機高速旋轉(zhuǎn)，易于產(chǎn)生高熱，安全性待有驗證，不建議選用，在此不做過多贅述；另一種是電動驅(qū)動的隔膜式抽真空自吸泵。組合式抽真空自吸泵也有兩種結(jié)構(gòu)，一種是帶離合裝置的一體式自吸泵，另一種是帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。下面對上述幾種泵型一一闡述。

（1）電動驅(qū)動的隔膜式抽真空自吸泵。電動驅(qū)動的隔膜式抽真空自吸泵主要由如下部件構(gòu)成：電動隔膜泵、離心泵、連接管道、控制系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如圖4 所示。接通電源后，首先，啟動隔膜泵，隔膜泵將入口管道和泵腔內(nèi)抽真空，介質(zhì)依靠大氣壓涌入泵腔內(nèi)，離心泵電機工作，自此完成自吸和揚水功能。

圖4 電動驅(qū)動的隔膜式抽真空自吸泵結(jié)構(gòu)示意圖

該型泵優(yōu)點是無須提前灌泵，自吸時間較短，自吸深度5 ～8 米。但是，該泵組件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制系統(tǒng)造價昂貴，占地較大。尤其是隔膜，易受介質(zhì)成分和溫差變化等影響，容易老化，使用維護成本高。且控制系統(tǒng)一旦受到干擾產(chǎn)生誤操作，整個泵組極易全部損壞。對于大功率用泵，高壓控制系統(tǒng)價格太高，性價比較低。

（2）帶離合裝置的一體式自吸泵。該型泵結(jié)構(gòu)如圖5 所示，由離心泵結(jié)合電磁離合器和吸排氣機構(gòu)以及控制柜組合而成。

該型泵工作原理是依靠與軸承箱一體的偏心齒輪帶動排吸機構(gòu)將入口管道內(nèi)氣體排出，從而達到自吸功能，控制系統(tǒng)檢測到介質(zhì)吸入泵體后，控制離合器斷開與抽吸裝置的聯(lián)系，離心泵正常工作。

圖5 帶離合裝置的一體式自吸泵結(jié)構(gòu)簡圖

該泵也具有啟泵前無須灌泵的優(yōu)點，自吸時間短，自吸深度也可達5 ～8 米。但是，該泵結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，嚙合件較多，較易磨損，一旦產(chǎn)生故障，維修困難，拆裝不便。含有電控系統(tǒng)、離合裝置等，整體造價較高。

（3）帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。該型泵由一臺臥式離心泵和水環(huán)式真空泵組合而成，將離心泵泵蓋后設(shè)置抽真空室，抽真空葉輪與離心泵葉輪同軸，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖6所示。該泵采用外接沖洗水，但是，無須過高壓力，僅普通自來水即可滿足要求，按照PLAN32 方案設(shè)置沖洗管路，沖洗管路上設(shè)置單向閥。

啟泵前，先打開外接沖洗水，啟泵，外接沖洗水通過機封沖洗口進入抽真空室，真空葉輪轉(zhuǎn)動，利用水壓縮空氣從排氣口返回罐內(nèi)或池內(nèi)，從而不斷抽吸入口管道內(nèi)的空氣，使得入口管道形成真空，介質(zhì)被壓入泵腔內(nèi)，由離心泵葉輪輸送至需要位置。上量后，泵腔內(nèi)壓力大于沖洗自來水壓力，單向閥關(guān)閉，自來水停止使用。

此泵無須灌液，自吸速度快，自吸深度可達8 米，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低。僅在上量前需要少量自來水，上量后自來水被單向閥關(guān)閉，節(jié)省用水，節(jié)約運行成本。主要依靠離心泵工作，泵組效率可以得到高效保證。此泵與普通離心泵差別較小，可與普通離心泵一樣維護，維護工作量較少。在面對含顆粒物較多的介質(zhì)時，可以使用合金耐磨機封，同時，提高沖洗水壓力沖洗機封端面，延長機封使用壽命。

圖6 帶抽真空葉輪的組合式自吸泵結(jié)構(gòu)簡圖

2 不同工況下的選型

2.1 各泵型優(yōu)缺點比較

根據(jù)前文所述，除氣液混輸同步排吸泵收到限制外，其余各種類型自吸泵自吸深度基本都能滿足使用需求，而各種自吸泵的優(yōu)缺點決定了其本身的適用工況。對各泵型優(yōu)缺點進行總結(jié)，詳見表1。

表1 各泵型優(yōu)缺點比較

2.2 結(jié)論

眾所周知，在選用泵設(shè)備時，首先，應(yīng)考察其是否滿足基本性能參數(shù)要求，同時應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟成本，包括一次性投資成本、后續(xù)運行成本、后續(xù)維護成本等。通過表1，我們發(fā)現(xiàn)：

（1）在普通污水或含泥廢水工況下，選用無密封自吸泵、普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵性價比較高，如考慮更嚴(yán)格的環(huán)保要求時，可以將普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵作為選擇，再結(jié)合現(xiàn)場公用工程條件，作出最佳選型。

（2）在含顆粒物介質(zhì)的情況下，無密封自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵可以作為首選，通過介質(zhì)是否含有易揮發(fā)組分或刺激性氣味、用地允許情況、泵使用頻率情況、現(xiàn)場公用工程條件等情況綜合考慮選用，如收到用地情況限制和現(xiàn)場公用工程條件限制，可以考慮對無密封自吸泵進行改進再做選型，在此不做贅述。

（3）在污油工況下，普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵可以考慮選型，但是，如果介質(zhì)含有易揮發(fā)的輕油成分，或者是小流量高揚程工況，建議首選帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。

（4）低溫狀況下，如果選用需要灌液的自吸泵，則需要現(xiàn)場提供伴熱防凝，因此，選用無須灌液的泵型較為便捷，再通過性價比選擇更經(jīng)濟的帶抽真空葉輪的組合式自吸泵作為首選。

綜上所述，氣液混輸同步排吸自吸泵由于受限較多，自吸性能不穩(wěn)定等，不建議設(shè)計時考慮此選型；電動驅(qū)動隔膜式抽真空自吸泵和帶離合裝置的一體式自吸泵由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，維護煩瑣且運維成本高，建議選型時應(yīng)慎重考慮，不作為首選項。抽真空葉輪的組合式自吸泵，由于其綜合性價比較高，成為污水、污油提升工作設(shè)計時的理想用泵。