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。
1 汽蚀原因分析
5 l* O: u6 @2 w2 T0 m+ `: F1.1 定性分析
  d0 v, H/ v+ O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。
(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低；
# n3 E! `7 Y- X8 U* t( ]9 J6 S- m(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低；
8 o; C( e6 L; }& h9 _: k(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；
7 L0 r! y+ F  c% N8 o(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。
  j) _! c6 M1 i, p" N8 @- K/ H/ e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。
+ B8 a. ?$ }5 o3 Z& [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。
. c% z- S. C6 r, g! K3 E; J (1)安装高度计算
Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)
式中Hg——计算安装高度，m；
P0——除氧器内汽压，Pa；
P饱——热水泵入口处，即“2-2”界面处水的饱和汽压，Pa；
: R; h1 D& L- N/ Qρ——液体密度，kg/m3；
) h" Y* R% L9 e5 Qg——重力加速度，m/S2；
$ |1 n+ r# ~3 k9 s7 gΔh——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。
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。
3 H  X6 [2 z7 \( m+ W于是，由(1)式计算:
Hg′=-3.9-1.1=-5m水柱高
+ a: ?; ]1 @6 B; }8 Y- |  P) L* d这是按20℃水计算结果，折成170℃水时:
- o3 v" S1 i$ W  n6 m( n: @Hg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高
/ S% U% M) [' S! Q* }( Y7 C. a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。
8 D* v1 i2 Y0 O/ H+ V2 [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)。
(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀
1 r8 b  i% {5 t7 o" z8 f  i8 y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:
* X1 p" L& v5 t5 X! N: a1 th′=10×897.3/998.2≈9m水柱高
6 p- v! d% V& {$ ?7 y$ J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
3 ^2 l) |) L$ H7 }2 ?% x∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP
  o  Z& v) N; U3 D7 ~∴ΔP=39129Pa
! U1 w- k3 g* r; W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
/ v" n% |5 j( l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。
设除氧器稳态运行存水量为:
; z7 R2 l. [- s6 X6 l5 J! w2 ^25m3(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。
0 N) }  x) @# A- `' Y: i; v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):
) n2 t( M9 I9 uΔQ1=m1(TCP12-60CP11)
ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
m1=Vρ60 =983.2V
m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)
) t* Y. Q9 E3 }饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算，T取168.13℃。
: A- t/ K$ ^7 S$ X) MCP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046
6 c+ k2 h# l  f7 r! @3 G; m( p令ΔQ1=ΔQ2，代入各参数数值:
3 `3 i6 D3 X" Y5 |: x( X983.2V(1.0445×168.13-60×0.998)=897.3（17.5-V)×(170×1.046-1.0445×168.13)
, Y4 }* X3 X" H解出V=0.31m3
( F/ Z7 z  s* B, \0 Y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。
(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。
3 Z) c5 I4 ]3 C4 T8 \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。
) s9 D" T2 [4 Z$ ]6 A1 a% K4 ]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
# b+ a* _6 r4 m% s/ w6 P' T8 L+ IU=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S
ξ=2Σhf/U2≈0.032
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
0 C( r' ~9 ^7 [( ?$ d得ΔU ≈2.784m/s
0 `0 ~& G, W5 U* N7 P; r9 Y; }又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h
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。
" v! T% _7 x, P, i2 预防和消除汽蚀的对策
, Q+ W+ ?, I' d* r8 F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:
) k+ R6 E2 S+ i; l(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。
, J  |9 R$ [9 Q/ m& T7 C4 o(3)减少硫化机、罐同时入线台数，即减小流量增长率。
0 J4 `4 W3 P& m& y% M6 w" M(4)减少以致杜绝管线泄漏。
(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。
(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。
% M# v* O& B1 E& T$ a& M! ^(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