水環(huán)真空泵性能優(yōu)化改造

錢小兵，李大鵬

（克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

某臺精密水環(huán)真空泵是粗真空泵，型號為2BEI-252，水環(huán)介質(zhì)為新水，由于水環(huán)汽化和內(nèi)漏原因，真空泵真空度一般在8.0 kPa（真空度700 mmHg）左右。水環(huán)汽化造成葉輪轉(zhuǎn)子汽蝕，沖蝕轉(zhuǎn)子和葉輪造成葉片斷裂，汽蝕產(chǎn)生的葉片坑點(diǎn)引起液環(huán)局部旋渦和增加內(nèi)漏損失，導(dǎo)致真空度不足，不利于加熱爐節(jié)能和提高分離精度，因此車間組織攻關(guān)予以解決。

1 水環(huán)真空泵現(xiàn)狀

1.1 真空泵汽蝕

水環(huán)真空泵進(jìn)口壓力是負(fù)壓，進(jìn)口極限真空度4.0 kPa（真空度730 mmHg），液環(huán)溫度＜40 ℃時(shí)，液環(huán)必然部分汽化引起汽蝕，機(jī)泵振動(dòng)超過5.5 mm/s，轉(zhuǎn)子和葉輪有蜂窩狀坑點(diǎn)并出現(xiàn)了斷裂情況，一般半年就需要更換葉輪轉(zhuǎn)子，振動(dòng)超標(biāo)也影響軸承使用壽命。一旦葉輪斷裂會引起轉(zhuǎn)子卡轉(zhuǎn)而突然停機(jī)，不但有可能燒毀電機(jī)，更引起空氣倒竄回塔破真空，引起安全生產(chǎn)事故。汽蝕也會引起泵房噪聲超標(biāo)，檢測噪聲＞86 dB，造成環(huán)境污染。

1.2 真空度不足

真空泵水環(huán)汽化是不可避免的，轉(zhuǎn)子和葉輪汽蝕坑點(diǎn)造成水環(huán)旋渦損失，水環(huán)不完整的同時(shí)內(nèi)漏量也加大，達(dá)不到理想狀態(tài)下的真空度。泵進(jìn)口處水環(huán)汽化也擠占塔頂抽氣的容積，進(jìn)一步導(dǎo)致塔頂抽氣量減少，塔頂真空度隨之降低。在夏季溫度的環(huán)境下，水環(huán)溫度升高造成汽蝕更嚴(yán)重，真空泵進(jìn)口真空度更低至9.3 kPa（真空度690 mmHg），嚴(yán)重影響各塔分離效果。

1.3 浪費(fèi)新水

未改造之前，真空泵的水環(huán)水不能循環(huán)利用，補(bǔ)充新水進(jìn)入泵后，水環(huán)水和抽氣氣體一起排往分離罐，氣液分離沉降后上部氣體外排大氣，底部的水就地排放。外排水帶走熱量降低水環(huán)溫度，資料推薦不影響真空泵正常使用的水環(huán)溫度最高是40 ℃?，F(xiàn)場實(shí)際使用中，水環(huán)溫度越低則水環(huán)汽化趨勢越不明顯，為了減少汽蝕振動(dòng)和噪音，保證水環(huán)完整，只有盡量降低水環(huán)溫度，不間斷補(bǔ)水并直接排放，即便冬季也不能停止外排，增加了新水的消耗。經(jīng)驗(yàn)表明，要保證真空泵振動(dòng)＜5.5 mm/s，水環(huán)溫度就必須＜31 ℃，在此條件下外排浪費(fèi)新水60 t/d。

2 改造方案

2.1 閉路循環(huán)

改變真空泵使用新水外排的方式來降低液環(huán)溫度，采用閉路自循環(huán)方案，外排水線直接連到進(jìn)口補(bǔ)液線，并在閉路循環(huán)線上增設(shè)冷卻器，冷卻器安裝在真空泵入口和分離器之間。冷卻水走管程、新水走殼程，用工廠相對便宜的冷卻水和新水交換熱量，降低新水水環(huán)溫度，真空泵進(jìn)口新水溫度控制在40 ℃以下。真空泵入口負(fù)壓把水分離罐底部的常壓水吸到泵內(nèi)形成水環(huán)，然后和氣體一起排到分離器進(jìn)行氣液分離沉降后，分離罐底部的新水再次經(jīng)過冷卻器回到真空泵入口，形成有冷卻水環(huán)作用的自循環(huán)，不需外排新水來降低水環(huán)溫度。

2.2 更換工作液

水環(huán)真空泵不一定非要采用新水作為工作液，選擇低飽和蒸氣壓的介質(zhì)作為工作液體提高真空度，可以減少有效汽蝕。工作液選擇的關(guān)鍵在于不能被真空泵抽出塔內(nèi)介質(zhì)污染，否則原低飽和蒸氣壓工作液逐漸含有塔內(nèi)介質(zhì)成分，一旦塔內(nèi)介質(zhì)成分飽和蒸氣壓相對較高，則必須定期更換工作液造成浪費(fèi)；如不更換工作液，就必須定時(shí)用真空過濾機(jī)把工作液里的塔內(nèi)介質(zhì)排除，實(shí)現(xiàn)工作液再生。專用真空泵油20 ℃飽和蒸汽壓是0.0015 Pa（真空度759.999 mmHg），價(jià)格比較高需要采購，而精密真空泵對應(yīng)塔的產(chǎn)品是20#變壓器油，它在20 ℃飽和蒸汽壓是0.109 Pa（真空度759.992 mmHg），基本等于極限真空，和專用真空泵油實(shí)現(xiàn)的真空度基本相同。而且采用20#變壓器油替換水不會污染工作液，可以有效避免液環(huán)汽化，提高真空度，降低工作液損耗。

3 改造計(jì)算

式中 Δtm——平均溫度差，℃

Δt1、Δt2——兩端溫度差，℃

K——傳熱系數(shù)，W/m2·K

F——傳熱面積，m2

本項(xiàng)目，冷卻水進(jìn)口溫度，28 ℃；冷卻水出口溫度，36 ℃；循環(huán)新水進(jìn)泵溫度，34 ℃；新水出泵溫度，44.3 ℃；外排新水流量，2292 kg/h；傳熱系數(shù)（水-水），1000～2000 W/m2·K；傳熱系數(shù)（潤滑油-水），230～460 W/m2·K。計(jì)算出使用新水做工作液，循環(huán)水冷卻的換熱器面積為1.6 m2；使用油作為工作液，發(fā)熱量比水要大幾倍，由于油換熱效果比水差，由資料經(jīng)驗(yàn)推薦，使用油作為工作液，穩(wěn)妥起見選擇換熱器面積8 m2的冷卻器。

4 改造后的效果

全年節(jié)約新水2 萬噸左右；使用20#變壓器油作為工作液后，真空泵入口處工作液溫度＜35 ℃，按資料推薦極限真空度0.7 kPa（真空度755 mmHg），真空泵實(shí)際真空度2.3 kPa（真空度743 mmHg），具體到各塔頂真空5.3 kPa（真空度720 mmHg）左右。真空度提高后爐子負(fù)荷降低，產(chǎn)品分離精度增加，真空泵沒有汽蝕，葉輪壽命超過3年以上，改造取得圓滿成功。

5 進(jìn)一步改進(jìn)措施

由于設(shè)計(jì)選擇水環(huán)真空泵時(shí)，考慮的是在常壓條件下3 h內(nèi)把系統(tǒng)抽到額定負(fù)壓狀態(tài)，所以選擇抽氣率很大的真空泵；實(shí)際生產(chǎn)中，一旦系統(tǒng)到額定真空度后，抽氣量非常小。因此，原設(shè)計(jì)選擇的真空泵只適用于開工階段，對于實(shí)際生產(chǎn)則顯得過大。后續(xù)考慮把其中1 臺真空泵更換為抽氣速率約2.6 m3/min、型號2BV的小泵，進(jìn)一步降低功耗、提高真空度。