离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

ZHAIWEIWEI

在轮胎硫化过程中，内压过热水的稳定供给与循环是极其重要的。在其完整的闭路循环系统中，热水循环泵如同人体的心脏一样重要，不可须央出现故障。但是，实际的情况难免意外。仅汽蚀来说，不仅造成水泵的损伤，尤其能导致循环系统产生大的压力波动，甚至顿时失压，对初硫化期间的轮胎造成了致命伤。由此可见，认清汽蚀原因，采取有效防范或妥善解决措施是十分必要的。
( M$ F8 d: {* s' S9 E1 汽蚀原因分析
# E! p- l& A7 S8 w1 I+ j1.1 定性分析
水泵吸入口处的水因汽化成汽泡，这些汽泡在水泵排出口之前被高压挤碎(水的质点在叶轮流道上运动时，是不断增大能量的，汽泡被挤碎的位置也是唯一的)，由于汽泡的占空突然“消失”，引起了水质点的强烈冲击，造成对泵叶轮的汽蚀破坏，同时使泵出水压力波动，严重时产生失压。
. {8 p2 r2 g' \) l2 R水泵吸入口处水的汽化条件是:其压力突然低于该处水温对应的饱和蒸汽压力。一个正在稳定运行的供热系统，压力、水温、流量稳定，在遇到下列情况(之一)时，就会使水泵入口处的水压降低。
(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低；
1 t/ S7 Q8 _6 T& o8 [(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低；
(3)大量地向除氧器中补充较低温度的凉水；
(4)硫化车间用水量突然加大；
(5)泵出口以外直至循环回除氧器管网中管路阻力突然大幅度减小；
(6)泵出口以外直至循环回除氧器管网中突然有大量的泄漏。
4 e5 ?3 ^1 p" u1 s  ~1 B# T) q一旦因上述情况使泵入口处压力降至低于饱和蒸汽压，就会产生汽蚀。
1.2 定量分析
附图是除氧加热系统简图。取除氧器内液面作基准高度，定义为“1-1”界面。水泵入口处为“2-2”界面。
(1)安装高度计算
Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)
0 D$ U: w3 `# a" d6 r/ L, e4 t式中Hg——计算安装高度，m；
& \7 k. I: L8 J1 V+ |6 B$ }' }P0——除氧器内汽压，Pa；
8 v, j& `5 L$ Z7 X5 T6 B% bP饱——热水泵入口处，即“2-2”界面处水的饱和汽压，Pa；
8 _- p. ]1 a2 Y$ tρ——液体密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/S2；
Δh——泵的汽蚀余量，m；
Σhf(1-2)——热水自除氧器流至水泵入口处的阻力损失，m。
4 D, X# d" ?8 R; n+ _6 U* o) E热水自除氧器流至水泵入口处时，可以忽略水温的变化，即认为P饱=P0，泵的汽蚀余量Δh，随泵资料给出为3.9m水柱高。
输入侧管道阻力损失Σhf(1-2)估计为1.1m水柱高。
1 I* b; p) }3 ?$ T$ H7 |& \于是，由(1)式计算:
; c6 b' Y& d7 A' V( J6 m: a/ UHg′=-3.9-1.1=-5m水柱高
这是按20℃水计算结果，折成170℃水时:
/ l9 `5 y0 S0 d2 c6 ?) rHg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高
就是说，热水泵的安装高度至少要比除氧器最低运行液位低5.5m。
实际例子是低10m，安装高差尚有4.5m的裕量(按170℃水计算所得)。
  x( V0 w' R) w# ?5 f$ k(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀
6 l4 s4 A; J: |) u( ^3 b, v3 U  k: E己处于稳定运行状态的除氧动力系统，除氧器内汽压、水温，水泵入口处的压力和水温都是相对稳定的。假定这时P0突然降低，则系统平衡便被破坏。但在P0降低的同时，水泵入口处的水温是绝对不会立即下降的，现有10m170℃水所形成的压力是:
h′=10×897.3/998.2≈9m水柱高
; [8 x& H6 Z: z8 `4 p用(1)式计算P0的下降量:
令[(P0-ΔP)-P饱]/ρg一Δh-Σhf(1-2)+h′=0
(P0-ΔP)-P饱=[-h′+ h+Σhf(1-2)]ρg=[-9+3.9+1.1]×998.2×9.8=-39129.44Pa
& l! @7 }# Y  o9 B∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP
% N% _: r# r# o. V6 T0 x∴ΔP=39129Pa
* g# j  t7 i" h0 a3 @0 g即，若水温在170℃，即饱和蒸汽压(表压)为0.678MPa状态下稳态运行，当汽压突然降到表压0.639MPa以下时，就有可能造成汽蚀。
(3)补水量达到多少可致汽蚀发生
/ I; X! V3 j* Z5 d4 r! M  w管网中一旦发生较大泄漏，系统平衡破坏，除氧器水位就会快速下降，于是就需要快速大量地补入相对低温的软水。
+ v" j! q0 T1 ^5 a7 g设除氧器稳态运行存水量为:
# ], D; Y4 M# X/ i! ~0 i# g) m25m3(容积)×0.7(占空率)=17.5m3
在某较短时间内，因水位突降，存水量减少了Vm3，于是补入低温水Vm3。
) G. b$ p/ M7 j0 L- K9 ]( a  H在补入低温水时，P0也会降低，蒸汽的流量会增大，携入热量速率会大于原先稳态运行时。为简化推导，在此仅考虑冷热水的热交换对P0的影响，忽略增大的蒸汽流量的热交换作用。
设补充水温为60℃;稳态运行时水温为170℃;170℃的(17.5m3-Vm3)水同60℃的V m3水相混合(忽略混合后总体积与17.5 m3的差异):
  g( ^+ ?& Q- n- {0 b- BΔQ1=m1(TCP12-60CP11)
' z4 `6 c& [$ c, C( d) v# eΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
m1=Vρ60 =983.2V
m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)
  w  I+ S1 w: n饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算，T取168.13℃。
. F1 x* R5 J* H6 ^5 o6 q+ gCP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046
令ΔQ1=ΔQ2，代入各参数数值:
983.2V(1.0445×168.13-60×0.998)=897.3（17.5-V)×(170×1.046-1.0445×168.13)
解出V=0.31m3
加入冷水时，P0降低，蒸汽流量会加大，不单纯是两种温度的水混合。可以放宽估计，当短时间内加60℃的补水达1m3时，可能引起汽蚀。
+ d$ Z6 _- g' n/ l, B  _(4)泵出口流量增加多少时可引起汽蚀
当生产负荷突然加大，管网上管阻突然减少或管网上有大量泄漏，都会导致泵出口流量增大。
这些情况发生时，会使稳态运行中的除氧器液位突然降低，同时有冷水补入。冷水补入的影响，前边已讨论过，在此不考虑这一因素，只按流量增大所引起的泵入水口处静压降低来推敲。
0 f+ w$ J& E! e, @! f流量突然加大，泵进水管内流速加大，水的漏流程度提高，动压头和阻力损失都会加大，所增大的部分要由静压头转换。
& i; Z4 x- \. X. g' A/ \, q$ K在流量为150m3/h，原输入侧管路损失:
Σhf(1-2)=1.1m水柱高，据Σhf=ξu2/2
4 c8 v4 T( J$ SU=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S
ξ=2Σhf/U2≈0.032
6 _  u+ [* M' b0 b& S/ i7 l' U2 r前面已知现有10m的安装高差，相当于9m水柱高，这9m水柱高扣除汽蚀余量及原有阻力损失计5m水柱高，剩4m水柱高。
令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4
& D+ R# P) k# k4 W1 E: f1 i得ΔU ≈2.784m/s
9 G: u5 D# L7 p又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h
& D; n0 o9 ^  d' Y' [7 U/ }即流量突然增加大于等于50.38 m3/h 情况下，有产生汽蚀的可能。
可以用一句话来概括三项定量分析结论:半个汽压壹方水、五十流量可捣鬼。
# D, ]7 m% w: W1 I1 O4 y* `/ r2 预防和消除汽蚀的对策
$ g& {% Q0 q) Q1 t  j  F6 U* i据上述分析，汽蚀的原因就在于除氧器内汽压的突然降低、水温的突然降低或泵流量的突然增加。由此，提出以下对策:
(1)若汽源压力和供应能力皆富裕，应设置除氧压力自控装置，保证P0的稳定。
(2)若汽源压力和供应量不富裕，应在提压增量后再配压力自控装置，保证P0的稳定。
# ~" o& n7 O- d4 [4 `6 f. T/ h# \(3)减少硫化机、罐同时入线台数，即减小流量增长率。
( K" f& p9 h6 K' T9 v" C, x(4)减少以致杜绝管线泄漏。
(5)提高补水水源水温。
6 {; s6 }  K7 v) N2 z6 B(6)在保证最有效除氧换热效果前提下，除氧器液位控制点尽量设高。
(7)水泵的供水能力要大于生产最大负荷，以考虑局部泄漏问题。
(8)在水泵出口设置排汽阀门，当汽蚀发生时，开阀排放所生成的汽体。或可同时提高除氧器供汽压力。
( w3 T7 G0 ~, U# }(9)设置除氧器内汽压同水泵入口水压之间的差压测量显示仪表，以监视其变化。若该差压大于某一数值，则预警汽蚀的发生(此差压不是定值，水温愈高、流量愈大，差值愈小)。
(10)发生大量跑水时，增加供水泵台数，这样，每台泵的流量就会小些，泵入口处静压损失也会小些。
文章关键词： 水泵、机械、阀门、维修