引水罐的設(shè)計及其在自吸泵上的應(yīng)用

陳 隆

(黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司 貴州黔西 551500)

1 自吸泵水罐加裝改造背景

1.1 WFB型自吸泵結(jié)構(gòu)及工作原理

WFB型自吸泵結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 WFB型自吸泵結(jié)構(gòu)示意

該類型自吸泵屬于氣液混輸自吸泵，其工作原理：立式自吸泵蝸室上不開回流孔，液體在重力作用下沿蝸室流道回流至葉輪外緣與氣體反復(fù)混合，由于葉輪旋轉(zhuǎn)作用，吸入管路的空氣和水充分混合，并被排至氣液分離室；氣液分離室上部的氣體溢出，下部的水返回葉輪，重新與吸入管路的空氣混合，在吸入管內(nèi)形成真空，直至將泵及吸入管內(nèi)的氣體全部排出，完成自吸，并正常抽水。該泵采用副葉輪作為軸封，泵體中液體與大氣連通。為防止停運后泵中液體虹吸至入口管道中，在泵入口設(shè)有與大氣相通的電磁控制閥，停泵時開啟該閥，與大氣連通，這樣水泵停轉(zhuǎn)后，泵體內(nèi)存有一定量的水，便于下次啟動，實現(xiàn)一次灌泵“終身自吸”。

1.2 WFB型自吸泵使用狀況

黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司的廢水處理單元采用多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)(正常處理能力為10 m3/h)，主裝置產(chǎn)生的所有含鹽廢水進入含鹽廢水緩沖池后，通過上料泵(50WFB-B-2型自吸泵)P-4713A/B將含鹽廢水先后送入原料預(yù)熱器、二效加熱室、二效分離室、一效加熱室、一效分離室等，分離出結(jié)晶鹽和二次冷凝水，結(jié)晶鹽袋裝后供磚廠再利用，二次冷凝水送至蒸汽動力廠或送至污水廠終端處理達標后排放。含鹽廢水緩沖池內(nèi)溶液的pH為3～4，主要組分為鹽(以硝酸鈉和亞硝酸鈉為主)1%～2%(質(zhì)量分數(shù))，化學(xué)需氧量(COD)為7 000～8 000 mg/L，氨氮質(zhì)量濃度<200 mg/L。含鹽廢水一旦不能進入多效蒸發(fā)系統(tǒng)進行鹽水分離，除了增大污水處理廠的水處理負荷及消耗外，還會造成嚴重的環(huán)保問題。

雖然廢水處理單元一直運行良好，沒有出現(xiàn)過環(huán)保問題，但對于上料泵來說，疑難問題不斷出現(xiàn)。該泵設(shè)計流量為12.5 m3/h，正常流量為10 m3/h，但隨著使用時間的延長，設(shè)備性能明顯下降，后期的輸送流量始終為8～9 m3/h；泵啟動困難，耗時30 min以上才能啟動，甚至啟動不正常；每倒一次泵要反復(fù)拆檢，每3個月要更換一次電磁控制閥。針對存在的問題，曾在吸水管底部加裝底閥，但未能從根本上解決問題，啟泵困難及流量不足等問題仍未得到改善。

2020年4月8日18：00左右，點檢發(fā)現(xiàn)P-4713B電動機發(fā)出異常聲響，檢查后判定為電動機軸承損壞，更換電動機軸承原樣回裝啟泵后，仍不能正常吸水輸送。4次反復(fù)拆檢結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)有部件損壞，葉輪流道及泵體內(nèi)鹽垢也已完全清理干凈，但泵始終不能正常吸水。鑒于該泵一直困擾環(huán)保設(shè)施的正常運行，根據(jù)真空引水裝置在臥式離心泵上的成功應(yīng)用，決定自制引水罐對該自吸泵進行加裝改造。

2 自制引水罐的設(shè)計計算

泵前真空引水罐是一種水泵吸水設(shè)備，也稱為真空罐、引水筒、自動引水裝置，是一個密封的罐體。采用真空引水罐引水的工作原理：在水池和泵之間的吸入管路上安裝1只密封的水罐，在啟動水泵之前，注滿引水罐(泵內(nèi)也注滿水)，當水泵啟動后，水泵會先抽取真空罐內(nèi)的水，引水罐內(nèi)的液位下降，罐內(nèi)和吸入管內(nèi)形成真空，壓力低于水池液面的大氣壓力，此時水池內(nèi)的水就會沿著吸入管進入引水罐；當水泵的排液和吸入管路的進液達到平衡時，真空罐內(nèi)的液位就不再下降，達到穩(wěn)定工作狀態(tài)，此時泵也達到了額定工作狀態(tài)；停泵后，排水管內(nèi)的水流回引水罐，下次啟動無需再次灌泵即能啟動。

參照文獻[1]中引水桶的設(shè)計，同時根據(jù)該泵設(shè)計數(shù)據(jù)表，查得設(shè)計流量、物料參數(shù)等，應(yīng)用引水桶設(shè)計相關(guān)公式，在Excel辦公軟件上進行公式設(shè)置，計算得到引水罐凈空高為716 mm、容積為0.086 m3，設(shè)計計算符合罐高與其直徑之比為1.2～1.8的要求[2]。

3 引水罐型式的選取與自制簡圖

一般要求引水罐的實際容積大于設(shè)計容積。由泵實際安裝簡圖(見圖2)可知，自吸泵自密封處溢流堰高距實際安裝地平面為720 mm，在引水罐內(nèi)加水，此處溢流即為引水罐加滿，據(jù)此決定采用DN 400 mm、凈空高為720 mm的引水罐，容積為0.09 m3，罐高與其直徑之比為1.8，符合要求。

1.止回閥 2.止回閥芯 3.出口法蘭 4.軸 5.副葉輪6.葉輪 7.泵體 8.進口法蘭 9.電磁控制閥 10.鎖緊螺母11.電動機架 12.電動機 13.自密封溢流堰圖2 泵實際安裝簡圖

引水罐采用頂吸式，是由注水閥、排氣閥、排污閥、罐體、引水管口及泵入口管等組成的氣密性良好的密閉裝置，罐頂采用法蘭及盲板封閉，便于打開清理長期運行后罐內(nèi)積累的鹽垢。引水罐結(jié)構(gòu)簡圖見圖3。

4 引水罐安裝布置及其工藝流程

4.1 引水罐的安裝布置

引水罐的布置原則是盡量靠近水池，以縮短引水罐的引水管長度。泵及引水罐布置簡圖見圖4，引水罐實際安裝示意見圖5。

4.2 引水工藝流程[3]

水泵首次啟動前，打開注水閥向引水罐及泵進行緩慢注水，同時打開排氣閥向外界排氣，直至水從自吸泵自密封溢流堰處溢流穩(wěn)定后停止注水，關(guān)閉注水閥和排氣閥。

圖3 引水罐結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 泵及引水罐布置簡圖

圖5 引水罐實際安裝示意

泵啟動后，泵吸入管內(nèi)的水不斷進入泵系統(tǒng)，引水罐內(nèi)儲水量迅速減少，引水罐水位急劇下降，達到一定的負壓后，水池內(nèi)的水在大氣壓作用下沿引水管連續(xù)進入引水罐內(nèi)，在泵的連續(xù)作用下送往蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。

4.3 注意事項

盡量減少吸水高度，在保證能充滿水的情況下，引水罐高度與自吸泵自密封溢流堰等高即可；引水罐應(yīng)安裝在最靠近水池的地方，縮短引水罐引水管的長度；引水罐高度與其直徑之比為1.2～1.8，容積不小于設(shè)計容積，以保證其吸水能力；保證罐體密封良好，否則將影響正常吸水；啟泵前注水時，進水量不能過大，應(yīng)讓水位緩慢上升，保證水中空氣完全排出。

5 改造后的效果

5.1 自吸泵運行情況

2020年4月9日，對引水罐加裝改造后的P-4713B按照操作要點進行啟泵，5 min內(nèi)即可完成注水并正常啟泵，徹底解決了泵啟動耗時長的問題，且輸送流量也從8～9 m3/h提高至10～11 m3/h。改造后，啟泵操作方便，減輕了操作人員的勞動強度。2020年5月11日，對P-4713A也進行了引水罐加裝改造。

5.2 效益分析

(1)啟泵操作方便，解決了排氣引水難、費時耗電的問題，既改善了水泵的吸水性能，提高了廢水處理的安全性，又減少了維修工作量。

(2)取消電磁控制閥，按電磁控制閥使用壽命3個月、單價600元計，年可節(jié)省費用2 400元；取消了不銹鋼底閥，按年更換2只底閥、單價1 000元計，年可節(jié)約2 000元；如果不進行加裝引水裝置改造，則需要更換自吸泵，按泵使用壽命2年、單價30 000元計，年可節(jié)約15 000元；避免了將未經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶的含鹽廢水直接送至污水處理系統(tǒng)，降低了水處理成本，節(jié)約了水處理費用。

該改造項目的成功實施，避免了不合格水直接排入地下水系統(tǒng)的可能性，目前準備在各雨水池、事故池等自吸泵上推廣應(yīng)用。