水環(huán)真空泵在泵抽真空引水系統(tǒng)中的應用

史雪冬(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

大流量、低揚程水泵在石油化工、污水處理及其他生產(chǎn)領域的應用范圍廣闊，有些泵還需要有自吸引水功能，而在啟泵或者運行過程中極易因管道內(nèi)存留空氣排出不凈而發(fā)生抽空或汽蝕現(xiàn)象，這會導致?lián)p傷設備，維護成本提高的同時能耗也會相應增加，造成極大浪費。而由水環(huán)真空泵組成的抽真空引水系統(tǒng)可有效解決此問題。

1 背景

惠州石化北廠301單元雨水監(jiān)控池有2臺集水池提升泵(流量200 m3/h、揚程50 m)和8臺出水槽提升泵(6臺流量3 600 m3/h、2臺2 700 m3/h，揚程均為50 m)，共10臺泵的抽真空系統(tǒng)均存在自吸機或吸附器的功率不足、抽真空管線的管徑較小等問題，造成啟泵困難、啟動時間過長、填料密封存在干磨，而且當暴雨天氣時，出水槽提升泵抽真空引水系統(tǒng)啟動和運行時間較長，流程繁瑣，會延誤雨水及時外排，甚至可能造成安全或環(huán)保事故。同時設備檢維修成本和工作量巨大，頻繁啟停造成的能耗也很大，需要考慮合適的抽真空引水設備。

2 方案選擇

參考現(xiàn)有技術，抽真空引水系統(tǒng)主要有真空罐式、強自吸式以及水環(huán)真空泵式幾類系統(tǒng)。其中，真空罐式系統(tǒng)隨泵一起，置于泵前端，和泵一起使用，首次啟泵前需要將泵腔和自吸罐灌滿排氣，且對密封性要求很高，主要應用場合為泵流量和揚程不大的地方，如一般的吸上高度較小的場合，流量和吸上高度過大則會相應增加罐容，也難以有效達到抽真空效果；強自吸系統(tǒng)主要由一套獨立的強自吸機(內(nèi)置羅茨風機)組成，啟泵前先啟動自吸機將泵內(nèi)氣體強制排凈再聯(lián)鎖或手動啟泵，可以應用到大流量低揚程的場合，比如循環(huán)水泵的啟動，但因吸力有限，遇到大流量的泵時需要每臺水泵都單獨配置一套強自吸系統(tǒng)，增加了投資成本和維護工作量；而真空泵組成的抽真空引水系統(tǒng)則不存在上述缺陷?？紤]到介質(zhì)組成中包含水蒸氣和液體水，真空泵選用水環(huán)式真空泵，而非采用射流或羅茨式真空泵；同時為防止液體水進入真空泵造成機械損傷，真空泵前需要設置緩沖罐一個，并在緩沖罐入口前管線上設置水流開關以便自動停真空泵。另外，真空泵出口應配套汽水分離器。因此本次采用水環(huán)真空泵組對301單元雨水監(jiān)控池集水池提升泵及出水槽提升泵抽真空系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，使提升泵能快速啟動。

3 原理及特點

3.1 原理

本真空引水系統(tǒng)的核心部分即水環(huán)式真空泵，主要用于粗真空的形成過程。結(jié)構(gòu)如圖1所示的單作用液環(huán)真空泵。大多數(shù)情況下，液環(huán)真空泵以水作為工作液體，故而人們習慣上將其稱之為水環(huán)真空泵。其具體工作原理如下[1]：

泵內(nèi)裝有適量的水作為工作液，葉輪偏心安裝在近似圓形的泵體中，當葉輪按圖示方向以一定速度旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，進入泵體的水被葉輪甩向四周，形成了一個緊貼泵腔的液環(huán)，液環(huán)內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，形成一個月牙形空間。而這一空間又被葉輪分成與葉片數(shù)目相等的若干個“氣腔”。以示意圖中豎直中心線為例，從頂部到底部的180°范圍內(nèi)，“氣腔”的容積逐漸增大，壓強不斷降低，氣體從被抽系統(tǒng)中吸入。過了中心線后，當葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，由于葉輪的偏心結(jié)構(gòu)設計，相應的“氣腔”容積又逐漸變小，壓力不斷增大，使吸入的氣體處于壓縮狀態(tài)，當壓力達到外界壓力時，氣體從輔助排氣閥提前排氣。在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，每旋轉(zhuǎn)一周完成一個吸氣和排氣的過程，從而達到連續(xù)抽氣的目的。

圖1 水環(huán)真空泵示意圖

3.2 系統(tǒng)配置

水環(huán)真空引水裝置主要由水環(huán)式真空泵、真空罐、汽水分離器、閥門、管件等組合工作，并配有操作柱等來控制操作以獲得工藝所要求的真空環(huán)境。從而滿足10臺離心泵依此實現(xiàn)抽真空吸上的要求。水環(huán)真空引水機組示意圖如圖2所示。

圖2 水環(huán)真空引水機組示意圖

3.3 技術說明

如需啟動1號水泵時，開啟1#真空泵，并開啟1號泵啟動按鈕，此時1號引水真空管和聯(lián)通管球閥和電磁閥打開，真空泵啟動管道內(nèi)空氣被抽出，當聯(lián)通管道內(nèi)空氣抽完后，利用電信號電磁閥關閉，引水真空管繼續(xù)抽真空，當水流開關有信號發(fā)出，傳至真空泵控制柜，此時真空引水器會發(fā)出信號，此時啟動1號水泵，關閉1號所有電磁閥，真空泵停止。啟動2號水泵時之前，先排凈真空罐內(nèi)液體，之后重復上面的動作。

3.4 控制方式

抽真空系統(tǒng)有兩路抽真空主管路，一路是泵吸入口處抽真空主管路，連接直管為“聯(lián)通管”；另一路是泵體頂部抽真空主管路，連接管為“引水真空管”。需要為哪臺泵引水，哪臺水泵的“引水真空管”閥門和“聯(lián)通管”閥門打開，真空泵開啟，真空罐的下水位開關報警，連鎖關閉聯(lián)通管閥門。引水真空管路據(jù)需抽真空，待水流開關有信號發(fā)出(真空表顯示達到設定的負壓值)，說明水泵已滿水，關閉真空泵，可以啟動水泵。如需啟動第二臺泵，重復上面的動作。

4 設計選型

本套抽真空系統(tǒng)由2臺水環(huán)式真空泵(一用一備)、汽水分離器、入口緩沖罐及必要的安全及輔助附件組成。如當需要啟動泵某臺污提泵時，先打開該泵抽真空管道上的球閥，再啟動水環(huán)真空泵，總引水電磁閥打開，水通過管道進入引水罐內(nèi)，當水位達到一定高度時，引水罐上的浮球液位開關接通，并發(fā)出電信號，總引水電磁閥關閉，真空泵停機，此時排空電磁閥與排水電磁閥打開，延時30 s后關閉。引水成功后，現(xiàn)場手動啟動污水提升泵，并關閉該提升泵抽真空管道上的球閥，同時打開抽真空管路上的泄水閥和進氣閥，將管路中的水放掉，水放掉后，將泄水閥和進水閥關閉。共10臺水泵，啟動任何一臺水泵時重復上述步驟即可。其流程框圖如圖3所示。

圖3 流程框圖

經(jīng)核算，本套抽真空系統(tǒng)設計參數(shù)如表1所示。

經(jīng)安裝調(diào)試后開車，啟泵時，提升泵的入口管線和泵殼能快速充滿液體，啟動時間5～8 min，滿足了設計要求，相比改造前，大大縮短了啟動時間，達到提升泵快速啟動、保護填料密封的目的。

表1 抽真空系統(tǒng)設計參數(shù)

5 注意事項

(1) 因機組采用機械密封(老舊型號多為填料密封)，故泵內(nèi)無水時嚴禁開機，避免燒壞機封。(2) 本機組真空泵通常為一用一備模式，A泵、B泵串聯(lián)使用，兩泵吸入口均裝有對夾式球閥。如A泵開機運行，A泵處對夾式球閥應打開，B泵處對夾式球閥需關閉，反之。否則會影響真空度。(3) 從循環(huán)液罐經(jīng)過循環(huán)供液管道應保持暢通。(4) 使用時應經(jīng)常檢查工作液溫度，如超過30 ℃(泵工作液溫度應保持在18～22 ℃)，則應加大循環(huán)水箱的工作液置換次數(shù)。(5) 如停機時間較長，則在重新啟動前必須盤動轉(zhuǎn)子，確認轉(zhuǎn)動自如方能開機。(6) 水環(huán)真空泵在整個抽真空系統(tǒng)中的作用是非常重要的，需要有相應真空度環(huán)境生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝，都是工藝指標較難控制的，它要求真空度要一直保持。而影響真空度的因素很多，如：抽氣量、工作液沸點、工作液溫度、工藝氣體在工作液中的溶解度、機械因素(如密封)、做工作液流量等，都需要予以關注。某些物料的特殊性比如容易會發(fā)出氣體、容易在真空泵中結(jié)垢堵塞或腐蝕真空設備，就會導致真空泵工作異常，進而影響整個系統(tǒng)甚至裝置的運行因此，必須重視真空度的問題，加強對工作液酸堿性的監(jiān)測，防止設備腐蝕或結(jié)垢，同時操作過程中務必按照規(guī)程銷項操作。

6 結(jié)語

采用水環(huán)真空泵抽真空系統(tǒng)可以大大縮減抽真空時間，相比自吸罐和強自吸機而言，配置一套系統(tǒng)即可供多臺水泵共用，壓減了投資成本和占地面積，也減少了原先因啟泵時間過長而導致的維護工作量和電力損耗，使用和維護也較為方便，二期煉油項目三個循環(huán)水場即配置了水環(huán)真空泵式抽真空系統(tǒng)，抽真空效果明顯，整體使用效果較好。

同時，由于水環(huán)真空泵具有接近等溫壓縮、對粉塵不敏感、吸入氣體可以夾帶液體或大量水蒸氣等優(yōu)點，也可作為壓縮機使用，作用類似于低壓的壓縮機。它在石油、化工、機械、造紙、輕工、冶金、醫(yī)藥和食品等諸多工藝過程中得到了應用范圍較為廣泛。此外，葉環(huán)真空泵可抽除易燃易爆的氣體，此外還可抽除含塵、含水的氣體，在化工大分子聚合物的抽提中也有廣泛應用。因此，水環(huán)真空泵的應用日益增大，在抽真空系統(tǒng)方面的應用具有很好地推廣價值。