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1、全国化工热工设计技术中心站年会论文集 95.工业回收冷凝水泵防汽蚀改造魏传东齐鲁石化公司腈纶厂机动处内容摘要 在工业生产过程中，为了节能降耗，需要回收蒸汽冷凝水。由于冷凝水是饱和水，在用泵输送回用过程中易发生汽蚀，影响泵安全稳定运行，有时不得不停止运行，就地排放冷凝水，这既损坏了设备，又浪费了能源。利用喷射增压的原理，可以解决泵的汽蚀问题。关 键 词 喷射 防汽蚀 温度 压力1、存在的问题我厂属化纤生产企业，在生产过程中需要用到多种压力的蒸汽。有3.4MPa，1.5MPa，0.55MPa，0.3MPa，0.2MPa几种压力的蒸汽，3.4MPa，1.5MPa，0.55MPa的蒸汽冷凝水汇集到闪蒸
2、压力为0.2MPa的闪蒸罐，冷凝水汇集到这里闪蒸出0.2MPa的二次蒸汽进行回用后，剩余的冷凝水再自流到常压闪蒸罐，在常压闪蒸罐内闪蒸出常压蒸汽，经沈阳飞鸿达节能技术开发中心生产的热泵提压为0.2MPa蒸汽再利用后，剩余的冷凝水由泵输送到热电车间进行回用。我厂的生产工艺要求冷凝水系统稳定、可靠，闪蒸罐内的压力不能偏高，否则回影响聚合物烘干机、纤维烘干机的疏水能力，造成烘干效果降低，进而影响产品的质量。当生产冷凝水泵出现故障时，不能顺利输送冷凝水时，车间只好打开排放阀就地排放冷凝水，以满足生产工艺对烘干、加热温度的要求，这样就会白白浪费了大量经济价值较高的蒸汽冷凝水，同时由于有的疏水阀出现故障时
3、，还会排放大量蒸汽，所以还会造成更大的浪费。在车间内排放或汇集到闪蒸罐内通过排放口排放，会使整个车间或整个下水道蒸汽腾腾，严重影响车间内的美观，也不符合设备现场管理的有关规定。同时这股高温冷凝水排到下水道，流到污水处理站后，会将污水处理站的工艺用菌杀死，造成很大的经济损失，也给污水处理工作增加了难度。这就要求冷凝水泵既要运行稳定流量大，又要有足够的扬程。汽蚀是冷凝水泵产生故障的最主要原因。为了解决汽蚀问题，车间曾引工艺脱盐水到冷凝水泵入口，对冷凝水进行物理降温。这样做增加了工艺除盐水的用量，增加了生产成本。原有的运行方式是由闪蒸罐内的液位变送器控制水泵出口气动阀门的开度，在闪蒸罐内液位偏低时关
4、小阀门，致使泵的出口压力增高，流量变小。通过长期观察水泵在大部分运行时间中，压力表的指针波动剧烈，泵的振动很大，且伴有间歇的高频燥声，目测联轴器处有明显的窜轴现象，泵轴承、泵体等有关轴向定位部分磨损严重。我们对泵轴处进行了振动测量，一般在运行过程中，水平振动速度值为5.38.0mm/s，垂直振动速度值在4.510.9mm/s，轴向振动速度在值3.78.2mm/s。泵的振动速度值变化很大，经常超过正常许可值5.1mm/s。汽蚀对泵的叶轮产生了极大的破坏，在叶轮流道周围产生蜂窝状麻点，随着汽蚀量的增加，叶轮的侧面变得越来越薄，当由于汽蚀，泵的轴承部分产生轴向窜动，或汽蚀力足够大时，就可将叶轮壁击穿
5、，损坏的叶轮样品见照片1。2、解决措施解决汽蚀的关键是提高泵的出口压力，以提高此处冷凝水的对应饱和温度，在冷凝水温度不变时，产生汽化的可能性就大大降低。我厂在99年春季大检修中安装了沈阳飞鸿达节能技术开发中心生产的防汽蚀喷射装置，其优点是构造简便，运行可靠，投资少。其不利之处是水泵的部分流量作为回流，输送能力有所下降。我厂的水泵单台额定流量是67吨/小时，而冷凝水的回流量大约在45吨/小时左右，所以能够满足增压装置的流量要求。为保证水泵不发生汽蚀，还应保持闪蒸罐的最低液位高于水泵进口水位2m，以克服冷凝水在流动中管道产生的阻力，以免冷凝水在进入喷射装置前就产生汽化。同时水泵的运行方式也要进行改
6、变。防汽蚀装置要求水泵的出口压力稳定。原水泵出口气动调节阀，根据闪蒸罐内液位控制开度，泵出口压力变化大，不能保证防汽蚀装置的正常工作，需改为自力式压力调节阀，保证泵的出口压力不变，改变阀门开度，以适应冷凝水流量的变化情况。现有的两台冷凝水泵一用一备，在一台水泵出现故障或冷凝水流量突然增大，造成罐中水位超过最高警告水位时，另一台水泵自动起动。为了使罐中水位不低于最低水位，在水泵的出口到闪蒸罐的回流管道上加装了电磁阀，在低水位时，电磁阀打开，向闪蒸罐内打回流，减少外排量，等到罐中水位上升到中间水位时电磁阀关闭。此方案可以保证泵的出口压力稳定，可控制在1.3+0.1MPa，并且能适应流量090m3/
7、h的变化。另外，热电车间可利用此压力直接将冷凝水输送到锅炉除氧器，既充分利用冷凝回水的热量，节约了锅炉软化水除氧所耗的蒸汽，又节省了再经过热电车间水泵输送所耗的电力。通过理论计算和实际测试，冷凝水泵到热电车间除氧器母管压力损失为0.35MPa，再加上除氧器母管的压力0.50MPa，则冷凝水泵的出口压力控制在0.85MPa以上就可满足实际需要。3、未改造时泵的汽蚀余量要泵送100200饱和凝结水时，需要在泵的入口处增加617.5m的正压水头。水温（）405060708090100110120最大吸水高度(m)4.73.72.30最小正压头(m)2361117.5表1 离心泵吸入侧压力3.1 未加
8、防汽蚀喷射装置时冷凝水在泵入口处的速度V1：冷凝水流量泵的额定流量G0=67m3/h，吸入口直径R按90mm计算：3.2 未加防汽蚀喷射装置时冷凝水在泵入口处的压力P1：根据伯诺里流动方程，并且假定闪蒸罐内液位离泵入口管道高度H=2m，沿途压力损失经核算hfs=2m，则式中：Pa闪蒸罐内的蒸汽压力； 冷凝水的重度，N/m3；3.3 冷凝水泵的入口冷凝水温度实际测量为100，根据水泵汽蚀余量的定义：式中：Pv冷凝水对应的饱和压力，Pa。因为冷凝水泵产品说明书中标明的额定汽蚀余量为3.2m。h允=1.9m3.2m所以冷凝水泵在实际运行中容易发生汽蚀。4、防汽蚀喷射装置的各项参数喷射装置的工作原理是
9、压力较高的工作流体经过喷嘴以很大的速度喷射出来，由于这股射流的卷吸作用，被引射流体不断地被吸入混合室。在混合室内工作流体与被引射流体的分子互相碰撞，使两种流体的速度逐渐等化，同时混合流体的温度也趋于一致，尔后进入扩散管。在扩散管内混合流体的流速逐渐降低，压力逐渐升高后流出喷射装置，进入冷凝水泵。图1 喷射装置的原理和构造4.1 确定喷射系数u：泵的额定流量为67m3/h，在实际生产过程中，冷凝水的实际回收流量在4050 m3/h，则：u=45/(67-45)=2.0252.04.2 最佳截面比水喷射装置的设计，要求选择最佳截面比。例如当喷射工作流体压力Pp=Po-Ph和喷射系数已经给定时，喷射
10、装置的最佳截面比（f3/fp）zj应使喷射装置产生最大的压力差Pg=Pg-Ph。当喷射系数一定时，压降比Pg/Pp是截面比f3/fp的一元函数，可以计算出最佳截面比以及可产生的最大压降比，由电子计算机得出的部分数据列于表2中。Po为工作流体压力，Pa；Ph为被引射流体的压力，Pa。表2U1.21.41.61.82.0（Pg/Pp）max0.176130.153780.135800.121070.10874（f3/fp）zj5.25.96.77.58.3当u=2时（f3/fp）zj =8.3，（Pg/Pp）max=0.10874泵入口冷凝水的压力增量Pg根据表1数据，考虑到实际损耗，可定为1.2
11、5105Pa。Pp=Pg/（Pg/Pp）max=1.25105Pa/0.10874=11.50105Pa4.3 工作流体的流量G0=67(m3/h)/(1+u)=22.3 m3/h=6.19kg/s；4.4 喷管出口截面积fp，根据下列公式进行计算式中Vp工作流体在喷嘴处的比容，m3/kg；1喷管的速度系数，1=0.95。4.5 喷管的出口直径dp：4.6 圆筒形混合室截面积f3为：f3=（f3/fp）zj fp=8.31.358610-4=11.276410-4 (m2)4.7 圆筒形混合室直径d3为：4.8 圆筒形混合室长度为Lh：Lh =8d3=837.9mm=303.2mm4.9 喷嘴
12、出口截面与混合室入口截面之间轴向距离Lc：Lc=1.2d3=1.237.9=45.48mm4.10 扩散管出口直径dg为：因为喷射器的扩散管出口要与冷凝水泵的入口相接，dg为入口管道直径，dg =80mm。4.11 扩散管长度Lk：取扩散角=8则：Lk =( dg - d3)/2tg(/2)=(80-37.9)/(20.0699)=301.149(mm)4.12 工作水流进入喷管时的压力P0：P0=Pp+ Ph=11.50105+1.20105=12.70105Pa4.13 工作水流在喷嘴处的水流速wp：wp = G0 vp / fp =6.190.001/(11.276410-4)=45.5
13、6(m/s)4.14 混合水流在混合室出口-截面上的流速w3：w3 =(1+u) G0 vg /f3 =(1+2)6.190.001/(11.276410-4)=16.47(m/s)4.15 混合水流在混合室出口-截面上的压力P3：4.16 扩散管出口混合水的压力Pg：被引射冷凝水流在引水室的压力Ph，在其流速6m，可以满足实际生产的需要。5、改造工程的实际实施及运行实际安装的原理图见图2。在施工时要注意闪蒸罐与防汽蚀喷射装置吸口之间要尽量缩短长度，增大管径，减少弯头，以减少冷凝水的压力损失，在实际运行过程中要注意冷凝水泵的出口压力不能过低，通过实际操作，发现在泵的出口压力低于0.8MPa时，
14、泵的振动变大，并伴有喘鸣声，这是因为喷射装置工作水流的速度下降，卷吸力下降，冷凝水不是被吸入泵口，而是靠闪蒸罐内的压力压入泵口。而喷射装置的阻力较大，冷凝水的压力损失较大，以致于在泵入口发生了汽蚀。闪蒸罐内的液位要严格控制在距泵入口2m以上，若液位低于此数值，则在泵入口处的压力降低，且受罐内压力波动的影响增大，就易发生汽蚀。在实际调试时，适当降低泵的出口压力，可以降低其扬程，增加其流量。泵的实际出口压力在1.31.4MPa之间，回流压力为1.21.3MPa，喷射增压装置的出口压力在0.120.16MPa，其对应的饱和温度为104.81113.32，冷凝水泵的输送能力为4045吨/小时之间。闪蒸罐的液位变送器输送420mA信号到多功能控制仪表，在液位10%以下时，低液位报警，在液位90%时，自动启动备用泵，延时高液位报警，液位回落到50%时备用泵关闭；在液位降至40%时回流控制阀打开，进行回流，当液位回升到50%时，回流控制阀关闭。此处也可改用变频调节装置控制闪蒸罐内液位不变，但由于投资较高，故暂未采用，需以后进行实施。6、投资效益评估：我厂应用此项技术，取得了良好的效果。在增加防汽蚀装置之前，冷凝水泵每隔两周，必检修一次，一般是更换轴承、叶轮、轴封，自从增加此防汽蚀装置后，泵的水平、垂直、轴向振动速度值较小，为
