循環(huán)水泵是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的重要設(shè)備之一,該設(shè)備正常運(yùn)行與否直接關(guān)系到新、老系統(tǒng)合成氨和尿素裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。在循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí),汽蝕現(xiàn)象是影響泵出口流量和揚(yáng)程的重要危害因素。
汽蝕現(xiàn)象及其危害
汽蝕現(xiàn)象是水和汽變化的物理特性,離心水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),液體壓力沿著泵入口到葉輪入口而下降,在葉輪葉片的入口附近,液體壓力最低。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體作功,使液體能量增加,壓力上升。
當(dāng)葉輪葉片入口附近的壓力小于該液體輸送溫度下的飽和蒸汽壓力時(shí),液體開始汽化并產(chǎn)生汽泡,汽泡隨液流進(jìn)入泵體內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)破裂,周圍的液體迅速填充原汽泡的空穴,產(chǎn)生水力沖擊作用,這種汽泡的產(chǎn)生、發(fā)展和破裂現(xiàn)象就稱為汽蝕現(xiàn)象。
發(fā)生汽蝕時(shí),過流部件受到剝蝕及腐蝕破壞,泵的性能突然下降,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生600~25000Hz的噪音及機(jī)組振動(dòng),兩者相互激勵(lì)使泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的汽蝕共振現(xiàn)象,導(dǎo)致設(shè)備損壞的重大事故。
離心泵容易發(fā)生汽蝕的部位有:
a.葉輪曲率最大的前蓋板處,靠近葉片進(jìn)口邊緣的低壓側(cè);
b.壓出室中蝸殼隔舌和導(dǎo)葉的靠近進(jìn)口邊緣低壓側(cè);
c.無前蓋板的高比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的葉梢外圓與殼體之間的密封間隙
以及葉梢的低壓側(cè)。
葉輪出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象后,由于產(chǎn)生汽蝕的過程不穩(wěn)定,會(huì)引起水泵發(fā)生振動(dòng)和噪音,同時(shí)由于汽蝕時(shí)有汽泡堵塞葉輪槽道,所以泵的流量、揚(yáng)程均降低,效率下降。因此在正常運(yùn)行時(shí)不希望水泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。
汽蝕產(chǎn)生的原因
盡管循環(huán)水泵在制造、安裝和運(yùn)行過程中采取了各種方法防止水泵汽蝕的發(fā)生,但在實(shí)際運(yùn)行時(shí),由于種種原因會(huì)使水泵的運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)工況之間出現(xiàn)偏離,不同程度的汽蝕仍會(huì)發(fā)生。目前循環(huán)水系統(tǒng)使用的循環(huán)水泵是臥式中開式雙吸泵,3#、4#、5#塔循環(huán)水泵吸入口型式都有不同的差異,如圖1所示。
正常運(yùn)行期間,每個(gè)涼水塔的水池液位穩(wěn)定在高液位變化不大,3#塔泵入口處設(shè)有濾網(wǎng),進(jìn)口阻力較大;4#塔的1101-J3/J4/J5三臺(tái)泵入口水面上可看見形成的小漩渦,有空氣進(jìn)入泵吸入口;5#塔泵入口是一個(gè)直彎角,進(jìn)口管道阻力也較大。盡管循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)安裝時(shí)考慮了吸上真空高度等問題,但實(shí)際運(yùn)行工況下泵吸入口阻力大、吸入空氣是造成葉輪汽蝕的主要原因之一。
每年在新老系統(tǒng)大修時(shí)打開循環(huán)水泵泵殼檢查葉輪,發(fā)現(xiàn)都有不同程度的汽蝕情況,如圖2所示。目前循環(huán)水泵軸端密封采用的是浸油石墨填料軟密封,引入少量循環(huán)水起隔離、冷卻及潤(rùn)滑用,泵正常運(yùn)行中允許極少量的密封水泄漏,不超過20~25滴/分鐘。循環(huán)水泵大修完運(yùn)行一段時(shí)間后,就會(huì)有水從軸封處呈線狀漏出,在倒泵停運(yùn)后,漏水量有明顯增大,這說明軸封處有漏氣現(xiàn)象。
因?yàn)椴捎脗鹘y(tǒng)填料密封的循環(huán)水泵,填料對(duì)泵軸套的磨損明顯,隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),軸套與填料之間的徑向間隙不斷增大,如果不及時(shí)緊固填料,勢(shì)必造成其密封效果變差,空氣在大氣壓力作用下從泵軸進(jìn)入葉輪進(jìn)口低壓區(qū),并隨水流進(jìn)入泵的高壓區(qū),沖擊葉輪造成過流部件剝蝕及腐蝕破壞,這是造成泵葉輪及泵殼汽蝕的另一重要原因。
提高葉輪抗汽蝕能力的措施
一般情況下,消除離心泵汽蝕的措施有,提高水池水位、降低泵進(jìn)口管路阻力損失、調(diào)整泵流量、采用抗汽蝕的材料、提高離心泵本身的抗汽蝕能力等。
由于工藝運(yùn)行條件的限制,循環(huán)水水池液位基本控制在85%~90%之間,泵的流量和進(jìn)口管路無法做大的調(diào)整,因此(公眾號(hào):泵管家),對(duì)于目前狀況下的循環(huán)水泵,防止或減緩泵葉輪汽蝕的措施主要是在大修期間使用環(huán)氧樹脂+貝爾佐納涂料涂敷已發(fā)生汽蝕的區(qū)域,對(duì)于無法修補(bǔ)的腐蝕較重的葉輪采用更換葉輪的方法。
更換葉輪時(shí),在葉輪的選擇上主要考慮如下抗汽蝕的因素:
(1)選用具有高硬度、高強(qiáng)度和高韌性的材料制作的葉輪,其化學(xué)穩(wěn)定性越好,抗汽蝕和剝蝕性能越強(qiáng)。如硬質(zhì)合金、磷青銅、188、Cr Ni等材料,比普通鑄鐵的抗汽蝕能力大得多。
(2)葉輪葉片進(jìn)口的厚度應(yīng)適當(dāng)減少,并將葉片進(jìn)口修圓,使其接近流線形,將減少繞流葉片頂部的加速和降壓。
(3)提高葉輪葉片其介質(zhì)進(jìn)口部分的表面光潔度,以減少阻力損失。
(4)葉輪材料的組織均勻。對(duì)汽蝕情況較輕的葉輪修補(bǔ)時(shí),主要采取在葉輪表面涂敷保護(hù)層的措施來提高葉輪的抗汽蝕能力。表面保護(hù)材料分為非金屬和金屬兩大類,非金屬涂層主要有環(huán)氧樹脂、尼龍粉、聚胺脂、高分子聚合物材料等。金屬表面保護(hù)層使用最多的是焊條堆焊、線材噴涂和合金粉末噴涂。
針對(duì)循環(huán)水泵易發(fā)生汽蝕的部位(公眾號(hào):泵管家),某公司檢修過程中采取的措施和方法為:
(1)將循環(huán)水泵解體后將上泵殼拉至防腐車間進(jìn)行打砂噴丸處理,對(duì)不便拆卸的泵殼下半部分,采用徹底除銹后用電動(dòng)砂輪打磨干凈,以提高流道表面的光潔度,再用貝爾佐納1341涂刷內(nèi)表面兩遍,由于貝爾佐納1341具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性,能提高泵殼抗沖蝕和抗化學(xué)腐蝕的能力,所以能延緩水泵受汽蝕作用而導(dǎo)致性能突然下降的影響;
(2)對(duì)于腐蝕穿孔的下泵殼,先用鑄鐵焊條焊成一個(gè)骨架固定在檔水板處,再用貝爾佐納1111對(duì)坑洞進(jìn)行修補(bǔ),待干燥后涂刷貝爾佐納1341兩遍;
(3)對(duì)于腐蝕不甚嚴(yán)重的葉輪則進(jìn)行打砂噴丸后涂刷環(huán)氧樹脂的方法;
(4)對(duì)于個(gè)別葉輪存在面積較大的腐蝕孔洞則采用直接更換新葉輪的方式,由于葉輪材料采用的鑄鐵,成本相對(duì)低廉,直接更新比修補(bǔ)更能達(dá)到預(yù)期的效果。值的注意的是:新葉輪的直徑和重量應(yīng)與舊葉輪基本上保持一致,并應(yīng)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn),避免運(yùn)行中泵振動(dòng)大或驅(qū)動(dòng)電機(jī)超電流。
(5)循環(huán)水泵運(yùn)行過程中,對(duì)漏水較大的軸封填料及時(shí)聯(lián)系鉗工將填料壓蓋進(jìn)行預(yù)緊,避免空氣從軸封處漏入泵吸入口。
采取上述措施后,從2008、2009年兩次新、老系統(tǒng)的大修情況來看,循環(huán)水泵葉輪的汽蝕有了很大的改觀,葉輪腐蝕的面積大為減輕,基本上未出現(xiàn)腐蝕穿孔的現(xiàn)象,效果明顯。從運(yùn)行情況看,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。圖3、圖4是2009年大修中一臺(tái)循環(huán)水泵葉輪的進(jìn)、出口端腐蝕情況照片,可以看出吸入口汽蝕情況較輕,出口端幾乎未被腐蝕。
從循環(huán)水泵在大修中對(duì)葉輪或泵殼汽蝕部位修補(bǔ)后的情況來看,泵的出口流量總體上比檢修前均有所提高,接近離心泵的設(shè)計(jì)值,其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流值也出現(xiàn)了下降(見表1),給工藝操作帶來了便利,循環(huán)水系統(tǒng)操作和控制更加穩(wěn)定。
循環(huán)水泵葉輪及泵殼發(fā)生汽蝕,是循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的常見問題,輕微汽蝕的發(fā)生盡管對(duì)工藝運(yùn)行沒有造成較大影響,但其危害還是不可忽視。造成離心泵的汽蝕現(xiàn)象,其影響因素是多方面的,各種因素導(dǎo)致汽蝕的機(jī)理也有所差異。
在每次大修時(shí),認(rèn)真了解工藝運(yùn)行狀況,對(duì)發(fā)生汽蝕的葉輪和泵殼進(jìn)行分析和修補(bǔ),特別是采用較先進(jìn)的修補(bǔ)技術(shù),能提高離心泵的抗汽蝕能力,確保在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)流量和壓力穩(wěn)定。在整體更換新葉輪時(shí),在保證工藝運(yùn)行條件不變的前提下,選用那些抗汽蝕能力強(qiáng)的材料制作的葉輪,或采取適當(dāng)增大葉片進(jìn)口寬度、削薄葉片進(jìn)口厚度、改善葉片流道表面光滑度等等措施,從而達(dá)到提高葉輪抗汽蝕的能力,有效避免和減少循環(huán)水泵在運(yùn)行過程中葉輪汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生,從而提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。