離心式熱水循環(huán)泵汽蝕原因及解決方法

離心式熱水循環(huán)泵汽蝕原因及解決方法

在輪胎硫化過(guò)程中，內(nèi)壓過(guò)熱水的穩(wěn)定供給與循環(huán)是極其重要的。在其完整的閉路循環(huán)系統(tǒng)中，熱水循環(huán)泵如同人體的心臟一樣重要，不可須央出現(xiàn)故障。但是，實(shí)際的情況難免意外。僅汽蝕來(lái)說(shuō)，不僅造成水泵的損傷，尤其能導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生大的壓力波動(dòng)，甚至頓時(shí)失壓，對(duì)初硫化期間的輪胎造成了致命傷。由此可見(jiàn)，認(rèn)清汽蝕原因，采取有效防范或妥善解決措施是十分必要的。

1 汽蝕原因分析

1.1 定性分析

水泵吸入口處的水因汽化成汽泡，這些汽泡在水泵排出口之前被高壓擠碎(水的質(zhì)點(diǎn)在葉輪流道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，是不斷增大能量的，汽泡被擠碎的位置也是唯一的)，由于汽泡的占空突然“消失”，引起了水質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈沖擊，造成對(duì)泵葉輪的汽蝕破壞，同時(shí)使泵出水壓力波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生失壓。

水泵吸入口處水的汽化條件是:其壓力突然低于該處水溫對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力。一個(gè)正在穩(wěn)定運(yùn)行的供熱系統(tǒng)，壓力、水溫、流量穩(wěn)定，在遇到下列情況(之一)時(shí)，就會(huì)使水泵入口處的水壓降低。

(1)供入除氧器的蒸汽壓突然降低；
(2)供入除氧器的蒸汽溫度突然降低；
(3)大量地向除氧器中補(bǔ)充較低溫度的涼水；
(4)硫化車(chē)間用水量突然加大；
(5)泵出口以外直至循環(huán)回除氧器管網(wǎng)中管路阻力突然大幅度減�。�
(6)泵出口以外直至循環(huán)回除氧器管網(wǎng)中突然有大量的泄漏。

一旦因上述情況使泵入口處壓力降至低于飽和蒸汽壓，就會(huì)產(chǎn)生汽蝕。

1.2 定量分析

附圖是除氧加熱系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。取除氧器內(nèi)液面作基準(zhǔn)高度，定義為“1-1”界面。水泵入口處為“2-2”界面。

(1)安裝高度計(jì)算

Hg=P0/ρg-P飽/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)

式中Hg——計(jì)算安裝高度，m；
P0——除氧器內(nèi)汽壓，Pa；
P飽——熱水泵入口處，即“2-2”界面處水的飽和汽壓，Pa；
ρ——液體密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/S2；
Δh——泵的汽蝕余量，m；
Σhf(1-2)——熱水自除氧器流至水泵入口處的阻力損失，m。

熱水自除氧器流至水泵入口處時(shí)，可以忽略水溫的變化，即認(rèn)為P飽=P0，泵的汽蝕余量Δh，隨泵資料給出為3.9m水柱高。

輸入側(cè)管道阻力損失Σhf(1-2)估計(jì)為1.1m水柱高。

于是，由(1)式計(jì)算:

Hg′=-3.9-1.1=-5m水柱高

這是按20℃水計(jì)算結(jié)果，折成170℃水時(shí):

Hg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高

就是說(shuō)，熱水泵的安裝高度至少要比除氧器最低運(yùn)行液位低5.5m。

實(shí)際例子是低10m，安裝高差尚有4.5m的裕量(按170℃水計(jì)算所得)。

(2)除氧器內(nèi)壓變化多少可發(fā)生汽蝕

己處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的除氧動(dòng)力系統(tǒng)，除氧器內(nèi)汽壓、水溫，水泵入口處的壓力和水溫都是相對(duì)穩(wěn)定的。假定這時(shí)P0突然降低，則系統(tǒng)平衡便被破壞。但在P0降低的同時(shí)，水泵入口處的水溫是絕對(duì)不會(huì)立即下降的，現(xiàn)有10m170℃水所形成的壓力是:

h′=10×897.3/998.2≈9m水柱高

用(1)式計(jì)算P0的下降量:

令[(P0-ΔP)-P飽]/ρg一Δh-Σhf(1-2)+h′=0
(P0-ΔP)-P飽=[-h′+ h+Σhf(1-2)]ρg=[-9+3.9+1.1]×998.2×9.8=-39129.44Pa
∵P0=ΔP -P飽= P飽-ΔP -P飽=-ΔP
∴ΔP=39129Pa

即，若水溫在170℃，即飽和蒸汽壓(表壓)為0.678MPa狀態(tài)下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，當(dāng)汽壓突然降到表壓0.639MPa以下時(shí)，就有可能造成汽蝕。

(3)補(bǔ)水量達(dá)到多少可致汽蝕發(fā)生

管網(wǎng)中一旦發(fā)生較大泄漏，系統(tǒng)平衡破壞，除氧器水位就會(huì)快速下降，于是就需要快速大量地補(bǔ)入相對(duì)低溫的軟水。

設(shè)除氧器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行存水量為:

25m3(容積)×0.7(占空率)=17.5m3

在某較短時(shí)間內(nèi)，因水位突降，存水量減少了Vm3，于是補(bǔ)入低溫水Vm3。

在補(bǔ)入低溫水時(shí)，P0也會(huì)降低，蒸汽的流量會(huì)增大，攜入熱量速率會(huì)大于原先穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)。為簡(jiǎn)化推導(dǎo)，在此僅考慮冷熱水的熱交換對(duì)P0的影響，忽略增大的蒸汽流量的熱交換作用。

設(shè)補(bǔ)充水溫為60℃;穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)水溫為170℃;170℃的(17.5m3-Vm3)水同60℃的V m3水相混合(忽略混合后總體積與17.5 m3的差異):

ΔQ1=m1(TCP12-60CP11)
ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
m1=Vρ60 =983.2V
m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)

飽和蒸汽的絕對(duì)壓力為0.7377MPa時(shí)見(jiàn)前面計(jì)算，T取168.13℃。

CP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046

令ΔQ1=ΔQ2，代入各參數(shù)數(shù)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

加入冷水時(shí)，P0降低，蒸汽流量會(huì)加大，不單純是兩種溫度的水混合�？梢苑艑捁烙�(jì)，當(dāng)短時(shí)間內(nèi)加60℃的補(bǔ)水達(dá)1m3時(shí)，可能引起汽蝕。

(4)泵出口流量增加多少時(shí)可引起汽蝕

當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷突然加大，管網(wǎng)上管阻突然減少或管網(wǎng)上有大量泄漏，都會(huì)導(dǎo)致泵出口流量增大。

這些情況發(fā)生時(shí)，會(huì)使穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中的除氧器液位突然降低，同時(shí)有冷水補(bǔ)入。冷水補(bǔ)入的影響，前邊已討論過(guò)，在此不考慮這一因素，只按流量增大所引起的泵入水口處?kù)o壓降低來(lái)推敲。

流量突然加大，泵進(jìn)水管內(nèi)流速加大，水的漏流程度提高，動(dòng)壓頭和阻力損失都會(huì)加大，所增大的部分要由靜壓頭轉(zhuǎn)換。

在流量為150m3/h，原輸入側(cè)管路損失:

Σhf(1-2)=1.1m水柱高，據(jù)Σhf=ξu2/2
U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S
ξ=2Σhf/U2≈0.032

前面已知現(xiàn)有10m的安裝高差，相當(dāng)于9m水柱高，這9m水柱高扣除汽蝕余量及原有阻力損失計(jì)5m水柱高，剩4m水柱高。

令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4

得ΔU ≈2.784m/s

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 情況下，有產(chǎn)生汽蝕的可能。

可以用一句話(huà)來(lái)概括三項(xiàng)定量分析結(jié)論:半個(gè)汽壓壹方水、五十流量可搗鬼。

2 預(yù)防和消除汽蝕的對(duì)策

據(jù)上述分析，汽蝕的原因就在于除氧器內(nèi)汽壓的突然降低、水溫的突然降低或泵流量的突然增加。由此，提出以下對(duì)策:

(1)若汽源壓力和供應(yīng)能力皆富裕，應(yīng)設(shè)置除氧壓力自控裝置，保證P0的穩(wěn)定。

(2)若汽源壓力和供應(yīng)量不富裕，應(yīng)在提壓增量后再配壓力自控裝置，保證P0的穩(wěn)定。

(3)減少硫化機(jī)、罐同時(shí)入線(xiàn)臺(tái)數(shù)，即減小流量增長(zhǎng)率。

(4)減少以致杜絕管線(xiàn)泄漏。

(5)提高補(bǔ)水水源水溫。

(6)在保證最有效除氧換熱效果前提下，除氧器液位控制點(diǎn)盡量設(shè)高。

(7)水泵的供水能力要大于生產(chǎn)最大負(fù)荷，以考慮局部泄漏問(wèn)題。

(8)在水泵出口設(shè)置排汽閥門(mén)，當(dāng)汽蝕發(fā)生時(shí)，開(kāi)閥排放所生成的汽體。或可同時(shí)提高除氧器供汽壓力。

(9)設(shè)置除氧器內(nèi)汽壓同水泵入口水壓之間的差壓測(cè)量顯示儀表，以監(jiān)視其變化。若該差壓大于某一數(shù)值，則預(yù)警汽蝕的發(fā)生(此差壓不是定值，水溫愈高、流量愈大，差值愈小)。

(10)發(fā)生大量跑水時(shí)，增加供水泵臺(tái)數(shù)，這樣，每臺(tái)泵的流量就會(huì)小些，泵入口處?kù)o壓損失也會(huì)小些。