离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

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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。
1 汽蚀原因分析
6 x2 U" A! `* [" [1.1 定性分析
" m0 a; I& `9 I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。
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。
2 J/ _/ `1 {' e$ a; g(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低；
  U% E; l1 @( N- a! j4 K# ^(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低；
7 \" v; I. X: t# J4 z5 A(3)大量地向除氧器中补充较低温度的凉水；
* `" M" {3 x( P" t7 ~9 S1 N(4)硫化车间用水量突然加大；
0 M) R5 ?) t- `2 q(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；
& J: V# _* d- L5 c! ~( l' C; S(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。
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。
( z( V7 v- N9 ^: L! Z# a- i" x1.2 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。
3 y# s6 a" k( p3 E (1)安装高度计算
Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)
$ a9 [( w2 V* f9 I7 t* W式中Hg——计算安装高度，m；
* X. |8 P: p. f4 MP0——除氧器内汽压，Pa；
3 w) f( {0 Z( {4 f; ~% J$ ~P饱——热水泵入口处，即“2-2”界面处水的饱和汽压，Pa；
ρ——液体密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/S2；
Δh——泵的汽蚀余量，m；
/ H5 R6 h6 z$ R$ t, nΣhf(1-2)——热水自除氧器流至水泵入口处的阻力损失，m。
" E* Q- j8 S' S  S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。
于是，由(1)式计算:
5 p4 x* a" u: ]  w4 P3 UHg′=-3.9-1.1=-5m水柱高
这是按20℃水计算结果，折成170℃水时:
Hg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高
2 x7 g$ W9 s6 v, _7 Q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。
' B1 O0 y( z8 l$ B2 e7 t7 \1 v: P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)。
: g* u. |9 w& m0 F(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀
2 Y) B1 G9 P) h+ F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:
$ R; ^; B+ X8 U! M8 hh′=10×897.3/998.2≈9m水柱高
4 n* H2 |# T$ r) l5 Z- k/ w) {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
∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP
/ {; I" }+ n/ k& C- Y, s∴ΔP=39129Pa
, F  S, x8 W4 `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
  g5 g+ w) A* e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。
( c0 ~8 s: s8 L3 K. g设除氧器稳态运行存水量为:
& F& {) E9 G' }; c8 z  e25m3(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。
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。
- [6 s2 q8 |- Z+ x. i( O! n, W9 J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):
ΔQ1=m1(TCP12-60CP11)
ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
+ w: t% P  y: t& h2 B- L7 u5 r5 Sm1=Vρ60 =983.2V
! b( c/ Y5 U" f/ O" t; ^8 Nm2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)
/ j" ]6 Y! N2 I& V- u9 G饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算，T取168.13℃。
( h0 W, C. v! z3 XCP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046
2 j; L7 p  W5 r5 K7 l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。
& `  W* T6 G% w9 ]  e(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。
/ X' K8 y; F$ |" p* N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。
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。
9 v) U+ u* D$ H3 X在流量为150m3/h，原输入侧管路损失:
: V; K3 X4 \; u% l  h6 rΣhf(1-2)=1.1m水柱高，据Σhf=ξu2/2
U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S
+ F% p. K. d$ X6 X# uξ=2Σhf/U2≈0.032
* K+ F5 S: e$ V" i) l! o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
得ΔU ≈2.784m/s
" W1 U" r! c! b" i  \9 V  u' {又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h
& C+ P0 l3 e% q7 a) J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。
2 预防和消除汽蚀的对策
# u; `( d: j, _$ B% Z. s; m5 \; \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:
/ i9 E8 f9 i, F7 G) D. S(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。
7 `& l0 E" P! 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。
(3)减少硫化机、罐同时入线台数，即减小流量增长率。
(4)减少以致杜绝管线泄漏。
% g7 F/ r# g" y* }(5)提高补水水源水温。
(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。
" ?5 {' l9 z3 M( b- @) r(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。
1 [( E6 L2 ~6 g1 }/ y4 v(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。
5 v  G: m, ?! I( F: b) k(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)。
) Q; v8 [# z6 F7 G8 b+ V4 N(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。
" L1 m8 i  H  n; s文章关键词： 水泵、机械、阀门、维修