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[资料] 离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。
2 j5 e/ x/ M0 R1 汽蚀原因分析
0 G) G! j/ u3 `0 S& b# I# ^2 g) O1.1 定性分析
5 e3 c/ R# L2 D) O5 ~" Q+ X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。
' M8 @! m+ ?0 L% A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。
; L0 Z0 a: @; W6 d5 e; L(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低;$ z! q( t- V, {5 M
(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低;
0 _/ A% ?" i/ r5 f9 t9 z(3)大量地向除氧器中补充较低温度的凉水;
/ l; b8 E7 I' w(4)硫化车间用水量突然加大;4 t* k" o# M& ^9 {$ _4 n; G! i
(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;
, D7 v' ~4 ~# l(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。# ~8 I( s( G* ^6 T5 v
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。
3 `, Q' ?" b, w( H% Z! s. d. o( y3 \1.2 定量分析
9 F5 q  a$ C  V5 J* \+ z$ j' w# a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。
0 c4 e- p& s- ~ 20074711281459267.jpg (1)安装高度计算
% g! P. G/ y3 |Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)" R5 T% Q! M0 \* A4 x$ m
式中Hg——计算安装高度,m;6 n. R$ ~( B0 H2 E. i
P0——除氧器内汽压,Pa;
) W, E2 |5 b6 g% v8 P+ g& wP饱——热水泵入口处,即“2-2”界面处水的饱和汽压,Pa;
+ q& V5 i  o. Z$ sρ——液体密度,kg/m3;7 B9 d3 Z, ]; O8 `( D% j
g——重力加速度,m/S2;, {7 l6 Z! z6 h# Z3 ?: f
Δh——泵的汽蚀余量,m;; i# C- ]8 Q+ V; `, i
Σhf(1-2)——热水自除氧器流至水泵入口处的阻力损失,m。1 P! }0 z* ]/ M* b$ k
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。
- B) _6 H( Z+ Z' H3 [( m, c: E输入侧管道阻力损失Σhf(1-2)估计为1.1m水柱高。) o& |, _& V' x8 o6 q
于是,由(1)式计算:# M% H/ g1 U8 u0 g+ c5 S
Hg′=-3.9-1.1=-5m水柱高
! K% q. p5 y2 a/ T8 _1 X3 R+ V这是按20℃水计算结果,折成170℃水时:4 M1 l8 U: C7 X1 `. c# Z( h/ V2 b' Z
Hg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高+ b. E3 q7 B$ O; g! U8 K5 c: q; I  f
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。
2 d- \: L8 h# o/ B5 d/ T& v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)。) ^! e" F4 t* n+ _) T. I! o
(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀& f+ p+ A, R% k
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:
6 N2 h6 t- s: j6 @4 m4 `3 B; `# Zh′=10×897.3/998.2≈9m水柱高# q; e! U8 U" H5 H; i: k' E
用(1)式计算P0的下降量:: u" C5 s) x& `; g# C
令[(P0-ΔP)-P饱]/ρg一Δh-Σhf(1-2)+h′=0
- m2 R2 U0 X3 _: w' E0 L(P0-ΔP)-P饱=[-h′+ h+Σhf(1-2)]ρg=[-9+3.9+1.1]×998.2×9.8=-39129.44Pa
; i9 D+ |" v( S8 M6 W* m∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP
1 o, y0 D" t/ r; U∴ΔP=39129Pa
$ n- s9 m3 K3 h$ F" K; \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。
' [) u) J. D+ \6 l(3)补水量达到多少可致汽蚀发生+ D" `" `; |; V3 s; R& z" F* P& 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。+ \4 H& }( a; z, j2 m
设除氧器稳态运行存水量为:& i9 `, x  _9 |0 T7 e9 T6 Z
25m3(容积)×0.7(占空率)=17.5m35 R' u: [; w$ t. ], E5 O
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。
& n' {. X7 ~& _- j) r* D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。4 H# }" l* T6 {& N. h( P
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):" B4 y! n' A' b# \# K0 [7 J
ΔQ1=m1(TCP12-60CP11)
7 J9 ^/ k- u; kΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
  O' Y1 R, C2 O: i8 _& `m1=Vρ60 =983.2V
7 M  {4 d" p1 p5 @) z" _9 ?% tm2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)
0 _* i+ z9 l' b# k4 x饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算,T取168.13℃。
( i4 X; p8 C# J; LCP11=0.988;CP12=CP22=1.0445;CP21=1.046; N# ^: D: H9 {8 R' L
令ΔQ1=ΔQ2,代入各参数数值:6 p( A5 Z4 d$ y0 [3 @: H# M
983.2V(1.0445×168.13-60×0.998)=897.3(17.5-V)×(170×1.046-1.0445×168.13)" z  z: _" E( h
解出V=0.31m3
  Z$ O( C( l. G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。! J' n7 M+ Q% [& h
(4)泵出口流量增加多少时可引起汽蚀& L* _$ V: J& {. N+ I
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。
+ P+ Y' }7 P, l6 z7 ^  X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。
" O% k0 _' D  a5 G7 g! X* D: l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。
$ A) C. ^- k& N; W在流量为150m3/h,原输入侧管路损失:9 \: D( ?* T/ D
Σhf(1-2)=1.1m水柱高,据Σhf=ξu2/2% `; M" ]1 c( Z; G6 i8 H# x
U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S- p7 U  X- ~: ~3 j7 J- Y( V
ξ=2Σhf/U2≈0.032
9 P. j1 m/ p& k, p8 c/ W' G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。& A4 {( a" K9 U+ w% G
令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4
: T# A1 k0 j% M/ F  g6 B得ΔU ≈2.784m/s
. x5 W% T( E, i9 D. h% v) l又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h
% [# c: e3 I: a3 \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。
  N/ M/ K2 t  U9 _; [+ X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。
7 |3 y' T' s' {! l' J, z2 预防和消除汽蚀的对策$ E/ c5 _- f3 D9 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:
! A7 c0 v; V5 z4 t4 K(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。3 I2 {/ I4 W, O* u% t) D; i
(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。
" N( y' `3 p8 \, v( g4 X& A6 L- }(3)减少硫化机、罐同时入线台数,即减小流量增长率。
7 x  M  B1 [  J; b+ F9 {(4)减少以致杜绝管线泄漏。$ `1 q3 A, N5 G4 q
(5)提高补水水源水温。
. [5 P$ `2 i4 C9 d! G) v(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。% R- j' m/ a6 F* w1 J% M& ~8 j# j7 }
(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。; x: |0 u6 I: D9 Z9 ~1 r9 m
(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。
8 P# R, _7 E5 f$ o(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)。3 @1 f/ j0 i- u5 p7 Y# i" F& P
(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。
2 k0 x. d9 N8 l  x" S文章关键词: 水泵、机械、阀门、维修
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