黑液強(qiáng)制循環(huán)泵汽蝕的分析與計算

黑液強(qiáng)制循環(huán)泵汽蝕的分析與計算

1混流泵防汽蝕技術(shù)在中國的粗紙廠堿回收廠的蒸發(fā)過程中，強(qiáng)制循環(huán)檢測器用于蒸發(fā)黑液。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)使用特殊的環(huán)泵，以提高加熱管中黑液的速度（通常保持1.5.5ms）。吸痰裝置為反向方式，介質(zhì)溫度為108110c。黑液的性質(zhì)與水相似。圖1顯示了強(qiáng)制循環(huán)檢測器。原配套的循環(huán)泵為離心泵,性能參數(shù)為:Hsp=12m,Qsp=750m3/h,nsp=980r/min,Pc=75kW.由于尺寸大(D=400mm)、檢修不便及生產(chǎn)工藝等原因,更換為SHH250-315型混流泵,其性能參數(shù)為:Hsp=16m,Qsp=900m3/h(由于生產(chǎn)工藝原因,實際流量一般為1000m3/h),nsp=1450r/min,NPSHr=5.8m,Pc=75kW,使用情況良好.但在進(jìn)口管道轉(zhuǎn)彎處改用一臺離心式過濾器替代原先的過濾網(wǎng)后,發(fā)生汽蝕,整臺泵振動大.一個多月后,泵內(nèi)液流突然中斷,分解該泵發(fā)現(xiàn)葉輪前蓋板已完全脫落,整個流道從進(jìn)口到出口均布滿了汽蝕麻點,可見汽蝕相當(dāng)嚴(yán)重.更換葉輪后繼續(xù)使用,第二只葉輪僅用兩個多月即因汽蝕而損壞.由此可以認(rèn)為進(jìn)口裝置的變動造成了泵的嚴(yán)重汽蝕.通過分析計算,找出汽蝕的原因是:裝置加入離心式過濾器以及運行時流量大,導(dǎo)致吸入系統(tǒng)的水力損失增加,從而降低了泵的裝置汽蝕余量;輸送介質(zhì)的溫度變化導(dǎo)致泵汽蝕,溫度大于110℃時,泵產(chǎn)生嚴(yán)重汽蝕.為使該泵正常運行,滿足流程的工藝要求,以及為延長泵的檢修周期,采用了以下汽蝕性能的改進(jìn)方案,效果理想.2加大裝置汽蝕余量泵發(fā)生汽蝕的臨界條件是NPSHa=-HPSHr,要使泵不發(fā)生汽蝕,須加大裝置汽蝕余量NPSHa=Pc/ρg+hg-hc-pv/ρg或減小泵的汽蝕余量.改進(jìn)方案應(yīng)從這兩個方面著手.2.1提高設(shè)備的蒸汽消耗提高裝置汽蝕余量,既可以通過控制生產(chǎn)工藝也可以通過改進(jìn)吸入裝置本身來達(dá)到要求.2.1.1控制生產(chǎn)工藝(1)汽蝕殘余量比較介質(zhì)溫度變化引起汽化壓力的變化,從而使得裝置汽蝕余量發(fā)生顯著變化,因此必須嚴(yán)格控制介質(zhì)溫度.當(dāng)介質(zhì)溫度為110℃,流量為1000m3/h時,泵發(fā)生汽蝕.裝置如圖2所示.汽蝕余量式中pc——分離器壓強(qiáng),絕對壓強(qiáng)為1.3×105Pahg——倒灌高度,9.2mhc——吸入裝置水力損失,hc=1.67m,由管路計算得到Pv——黑液汽化壓強(qiáng),略高于水的汽化壓強(qiáng),110℃時為1.47×105Paρ——黑液密度,1028kg/m3代入數(shù)據(jù)得此數(shù)據(jù)即為泵開始汽蝕時裝置汽蝕余量,在其他條件不變的情況下,控制介質(zhì)溫度,如規(guī)定介質(zhì)溫度不超過109.5℃(此時汽化壓強(qiáng)1.44×105Pa,得到NPSHa=6.14m),即可明顯地提高裝置汽蝕余量.(2)分離器之壓力分離器作為蒸發(fā)設(shè)備,一定溫度下容器壓強(qiáng)應(yīng)低于水的汽化壓強(qiáng),分離器壓強(qiáng)越低,蒸發(fā)效果越顯著.但為兼顧裝置汽蝕余量,分離器壓強(qiáng)不應(yīng)過低,可規(guī)定(不同溫度下)適當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)界限.以介質(zhì)溫度110℃時為例,將分離器壓強(qiáng)提高至1.35×105Pa,則NPSHa將達(dá)到6.34m.若取許用汽蝕余量[NPSH]=NPSHr+K=5.84+0.3=6.14m(K取0.3m),并根據(jù)不同溫度時黑液汽化壓強(qiáng),可計算出不同溫度下分離器壓強(qiáng),并以此作為生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)的依據(jù).計算數(shù)據(jù)如表1.2.1.2kp/h流量控制由于實際流量必須達(dá)到1000m3/h,因此無法通過減小流量來提高裝置汽蝕余量.吸入裝置的改進(jìn)可增加倒灌高度及加大管徑、降低流速來實現(xiàn).(1)黑液汽化歷史上傳統(tǒng)調(diào)度的影響增加倒灌高度可通過增加安裝高度或控制生產(chǎn)工藝達(dá)到,兩種方案如圖3所示.仍取許用汽蝕余量[NPSH]=NPSHa=6.14m,由hg=[NPSH]-pc/ρg+hc+pv/ρg,若分別以泵開始發(fā)生汽蝕時(介質(zhì)溫度110℃)和以泵嚴(yán)重汽蝕時(介質(zhì)溫度111℃,此時黑液汽化壓強(qiáng)為1.52×105Pa)分離器壓強(qiáng)、吸入裝置水力損失、黑液汽化壓強(qiáng)為依據(jù),可得倒灌高度增至9.5m或9.99m.(2)普通吸煙裝置的流量計算其他條件不變,若使NPSHa=6.14m,吸入裝置水力損失hc應(yīng)減至1.37m.為此須增大管徑,降低流速.原管徑為0.4m,管中平均速度為2.21m/s,通過管路計算確定新的管徑.吸入裝置見圖4,其參數(shù):吸入管長l=4.5+1.95=6.45m,離心式過濾器損失系數(shù)ζ=6.2,入口取ζ=0.01(光滑弧面),曲流三通ζ=2,進(jìn)口錐管ζ=0.04,流量Q=1000m3/h,運動粘度γ紐=3.4×10-5m2/s,吸入裝置水力損失代入數(shù)據(jù)解得d≈0.448m,由此得管中平均速度由上述計算知,要使得吸入裝置水力損失降至1.37m,需將管徑由原來的0.4m增至0.448m.2.1.3控制生產(chǎn)工藝提高裝置汽蝕余量的措施前已述及,提高NPSHa的措施:減小黑液汽化壓強(qiáng);適當(dāng)提高分離器壓強(qiáng);增加倒灌高度;減小吸入裝置水力損失.其中前兩項措施通過控制生產(chǎn)工藝實施,后兩項措施可通過改進(jìn)吸入裝置達(dá)到要求,增加倒灌高度也通過控制液位進(jìn)行.控制生產(chǎn)工藝提高裝置汽蝕余量的辦法無需進(jìn)行土建施工、管道安裝等工作,但對工人的操作水平、責(zé)任心都提出了要求;改進(jìn)吸入裝置提高裝置汽蝕余量的辦法則一勞永逸,但需支出土建、安裝費用,且只能在大修期間進(jìn)行.二者各有利弊.從長遠(yuǎn)看,為使黑液強(qiáng)制循環(huán)泵高效穩(wěn)定運行,應(yīng)在時間允許的條件下改進(jìn)吸入裝置,控制生產(chǎn)工藝可作為滿負(fù)荷生產(chǎn)時保證設(shè)備正常運行的權(quán)宜之計.2.2抗汽蝕性能優(yōu)化在不對葉輪重新進(jìn)行水力設(shè)計(考慮成本)及不改變其幾何參數(shù)(受原有幾何尺寸的限制)的情況下,可通過增加誘導(dǎo)輪、改善葉輪使用條件及改變?nèi)~輪材質(zhì)等措施來提高泵本身的抗汽蝕性能.各項措施可單獨實施,也可結(jié)合使用.2.2.1誘導(dǎo)輪設(shè)計原理誘導(dǎo)輪作為軸流式葉輪,產(chǎn)生的揚程主要是出口液體旋轉(zhuǎn)的動揚程這項,規(guī)律變化到葉輪進(jìn)口,使葉片前有一個較大的旋轉(zhuǎn)分量.圖5為有或無誘導(dǎo)輪的條件下主葉輪進(jìn)口前速度三角形示意圖.從圖5看出增加誘導(dǎo)輪后,液流在葉輪旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生預(yù)旋,即絕對速度v0由于的存在使得相對速度減小,由式知其值減小,泵的汽蝕性能改善.盡管v0也增大,但因為它是由誘導(dǎo)輪的作用而產(chǎn)生,并不引起壓力降.因此,增加誘導(dǎo)輪可提高泵本身汽蝕性能根據(jù)泵結(jié)構(gòu)情況,具體實施時可將葉輪前的鎖緊螺母去掉,直接通過螺紋將誘導(dǎo)輪與泵軸聯(lián)接.根據(jù)現(xiàn)有的使用條件,確定誘導(dǎo)輪的性能參數(shù)及進(jìn)行誘導(dǎo)輪的設(shè)計.通過計算,誘導(dǎo)輪可以使汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)C達(dá)到1500,使泵的汽蝕余量NPSHr達(dá)到4.23m,從而滿足泵運行不產(chǎn)生汽蝕的要求.2.2.2其他措施(1)全磨損所需時間在現(xiàn)有鑄鋼葉輪葉片表面涂貼保護(hù)覆層.保護(hù)覆層的材料應(yīng)具有足夠的耐磨性,以保護(hù)層完全磨損所需時間不小于黑液強(qiáng)制循環(huán)泵通常的檢修周期為限;涂貼工藝簡單,無須附加設(shè)備,材料成本低.按照這些要求,并根據(jù)國外研究資料可使用環(huán)氧樹脂(84%)、聚乙烯-聚胺(16%)及按此混合物質(zhì)量的20%～30%為準(zhǔn)加入填充物(例如細(xì)的金鋼砂粉未).(2)抗汽蝕性能葉輪材質(zhì)為鑄鋼,為較大地提高葉輪抗汽蝕性能,并考慮到成本、耐磨性(介質(zhì)中常有固體顆粒)等各種因素,使用1Cr18Ni9Ti鋼較為理想.3現(xiàn)有措施的優(yōu)缺點(1)為提高泵本身汽蝕性能及抗汽蝕性能,采用各項措施的成本較低.在連續(xù)生產(chǎn)的條件下,可事先準(zhǔn)備利用生產(chǎn)工藝停機(jī)時間實施.其缺點是有些措施缺乏定量計算依據(jù)