黑液強制循環(huán)泵汽蝕的原因分析及措施

黑液強制循環(huán)泵汽蝕的原因分析及措施

循環(huán)泵防汽蝕在造紙廠的堿性回收過程中，黑液蒸發(fā)通常使用強制循環(huán)裝置進行。強制循環(huán)蒸發(fā)利用專用環(huán)泵提高了加熱管中黑液的循環(huán)速率。該吸入裝置為倒灌式,介質溫度在108～111℃之間,黑液的物理性質與水相似。國內某廠流程中所使用的循環(huán)泵型號為SHH250-315型混流泵,其性能參數為:H=16m,Q=900m3/h,n=1450r/min,NPSHr=5.8m,P=75kW。實際運行中,由于生產工藝原因,流量一般為1000m3/h,使用情況良好。但在進口管道轉彎處改用一臺離心式過濾器替代原先的過濾網后,發(fā)生汽蝕。一個多月后,泵內液流突然中斷,分解該泵發(fā)現葉輪前蓋板已完全脫落,整個流道從進口到出口均布滿了汽蝕留下的麻點,可見汽蝕相當嚴重。更換葉輪后繼續(xù)使用,第二只葉輪僅用了兩個多月即因汽蝕而損壞。1現行保護裝置水力損失通過管路計算可以得到原吸入裝置水力損失為0.67m,現吸入裝置水力損失在流量900m3/h時為1.35m,流量1000m3/h時為1.67m。1.1泵流量增加引起泵汽蝕余量的增加泵開始汽蝕時介質溫度為110℃,流量為1000m3/h?，F取介質溫度110℃來研究從最佳工況點流量到實際流量下裝置汽蝕余量與泵汽蝕余量的變化情況。裝置汽蝕余量的表達式為NPSHa=pcρg+hg?hc?pvρgΝΡSΗa=pcρg+hg-hc-pvρg(1)式中pc——分離器壓強,絕對壓強為1.3×105Pahg——倒灌高度,為9.2mpv——黑液汽化壓強,略高于水的汽化壓強,110℃時約為1.47×105Pahc——水力損失,流量為900m3/h時hc=1.35m,流量為1000m3/h時hc=1.67mρ——黑液密度,為1028kg/m3代入數據得最佳工況點流量下NPSHa=6.16m,在實際流量下NPSHa=5.84m(泵開始汽蝕時裝置汽蝕余量)。在裝置已經變動的情況下,即離心式過濾器替換了過濾網,水力損失大為增加,流量從900m3/h增至1000m3/h,NPSHa將由6.16m減至5.84m。泵流量的增加,導致了泵汽蝕余量的增加。從泵產品樣本上查得NPSHr=5.8m(常溫下,最佳工況點時),而泵開始汽蝕時NPSHr=NPSHa=5.84m(介質溫度110℃,流量為1000m3/h),前者減去高溫水的NPSHr修正值(由美國水力學會標準查得此溫度下ΔNPSHr=0.3m)后為5.5m,現二者相差0.34m,即為流量增加引起泵汽蝕余量的增加。以上就是裝置變動、流量增加使得裝置汽蝕余量減小及泵汽蝕余量增加的原因。1.2熱壓泵汽化壓力水頭對比當泵開始發(fā)生汽蝕時介質溫度為110℃。在發(fā)生汽蝕的臨界狀態(tài)時,裝置的汽蝕余量NPSHa=5.84m。現以介質溫度為108.7℃為例,與介質溫度為110℃時相比較,汽化壓力水頭由14.59m下降為13.89m,二者相差0.7m。由式(1)知,在其他條件不變的情況下,NPSHa增至6.54m,泵不會發(fā)生汽蝕;反之若介質溫度增至111℃,則NPSHa將小于5.84m,從而加重泵的汽蝕。因此溫度微小變化而引起的汽化壓強變化將對裝置汽蝕余量產生顯著影響。2改進措施2.1提高設備的蒸汽消耗提高裝置汽蝕余量,可以通過控制生產工藝及改進吸入裝置本身來達到。2.1.1控制生產工藝(1)介質溫度的控制介質溫度變化引起汽化壓強的變化,從而使得裝置汽蝕余量發(fā)生顯著變化,因此必須嚴格控制介質溫度。泵開始汽蝕時裝置汽蝕余量為5.84m,其他條件不變,如規(guī)定介質溫度不超過109.5℃(此時汽化壓強為1.44×105Pa,得到NPSHa=6.14m),即可明顯地提高裝置汽蝕余量。(2)分離器之壓力界限分離器作為蒸發(fā)設備,一定溫度下容器壓強應低于水的汽化壓強,分離器壓強越低,蒸發(fā)效果越顯著。但為兼顧裝置汽蝕余量,分離器壓強不應過低,可規(guī)定合適的壓強界限(不同溫度下)。以介質溫度110℃為例,將分離器壓強提高至1.35×105Pa,則NPSHa將達6.34m。若取許用汽蝕余量[NPSH]=NPSHr+K=5.84m+0.3m=6.14m,并根據不同溫度時黑液汽化壓強,計算出不同溫度下分離器壓強,并以此作為生產工藝調節(jié)的依據(見表1)。2.1.2降低移動流速的影響吸入裝置的改進可以從增加倒灌高度及加大管徑、降低流速來考慮。由于實際流量必須達到1000m3/h,因此無法通過減小流量來提高裝置汽蝕余量。(1)不同泵再汽蝕時倒灌高度表1可通過增加安裝高度或控制生產工藝來達到,兩種方案如圖2所示。取許用汽蝕余量[NPSH]=NPSHa=6.14m,由hg=[NPSH]?pcρg+hc+pvρghg=[ΝΡSΗ]-pcρg+hc+pvρg,若分別以泵開始發(fā)生汽蝕時(介質溫度110℃)和以泵嚴重汽蝕時(介質溫度111℃,黑液汽化壓強為1.52×105Pa)的分離器壓強、吸入裝置水力損失、黑液汽化壓強為依據,可得到倒灌高度增至9.5m或9.99m。(2)平均速度的計算其他條件不變,若使NPSHa=6.14m,吸入裝置水力損失hc應減至1.37m。為此必須增大管徑,降低流速(原管徑為0.4m,平均速度為2.21m/s)?，F通過管路計算確定新的管徑。吸入裝置示意如圖3所示。其中吸入管長l=6.45m,離心式過濾器ζ=6.2,入口取ζ=0.01(光滑弧面),三通ζ=2,進口錐管ζ=0.04,流量Q=1000m3/h,運動粘度γ=3.4×10-5m2/s。根據文獻公式為hc=λ(Σle+l)dv22ghc=λ(Σle+l)dv22g代入數據解得d≈0.448m。由此得到平均速度v=4Qπd2=1.76m/sv=4Qπd2=1.76m/s。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。2.2提高抗汽蝕性能在不對葉輪重新進行水力設計的情況下,可通過增加誘導輪、改善葉輪使用條件及改變葉輪材質等措施來提高泵本身的抗汽蝕性能。各項措施可單獨實施,也可結合使用。(1)涂貼工藝簡單,成本較低在現有鑄鋼葉輪葉片表面涂貼保護覆層。保護覆層的材料應具有足夠的耐磨性,涂貼工藝簡單,無須附加設備,材料成本低廉。按照這些要求,并根據國外研究資料可使用環(huán)氧樹脂(84%)、聚乙烯-聚胺脂(16%)及按此混合物質量的20%～30%為準加入填充物(例如細的金鋼砂粉末)。(2)抗汽蝕性能現葉輪材質為鑄鋼,為較大幅度提高葉輪抗汽蝕性能,并考慮成本、耐磨性(介質中常有固體顆粒)等因素,可以使用1Cr18Ni9Ti不銹鋼較為理想。3裝置汽蝕余量的提高(1)吸入裝置加入離心式過濾器及泵流量增加,導致吸入系統(tǒng)的水力損失增加,從而降低了泵的裝置汽蝕余量。此套裝置的輸送介質溫度大于110℃時,會使泵產生嚴重汽蝕。(2)改進吸入裝置,提高裝置汽蝕