離心泵氣蝕現象的分析及預防

中石化天然氣分公司 山東省天然氣管道有限責任公司 孫奇北

遼寧石油化工大學 范開峰 阿斯汗

中國石油 山東銷售倉儲分公司 唐曉明

離心泵氣蝕現象的分析及預防

中石化天然氣分公司 山東省天然氣管道有限責任公司 孫奇北

遼寧石油化工大學 范開峰 阿斯汗

中國石油 山東銷售倉儲分公司 唐曉明

離心泵是靠葉輪以一定轉速旋轉而產生離心力將流體介質輸送出去的一種流體機械，被廣泛應用于石油化工、煤化工等國民生產運輸行業。因離心泵具有性能范圍廣、流量均勻、運轉可靠和維護方便等特點，在實際生產中應用極為廣泛。據統計，在石油、化工類裝置中，離心泵占泵總使用量的70%～80%。但是，離心泵在長時間的運轉過程中，會出現危害較為嚴重的氣蝕現象。氣蝕會使離心泵的性能下降，嚴重影響泵的效率和壽命，在作業中甚至中斷流體輸送，影響流體運輸的安全可靠性。

一、離心泵的氣蝕余量

通常，將離心泵的氣蝕余量分為有效氣蝕余量和必需氣蝕余量兩個概念。有效氣蝕余量受離心泵的安裝方式影響，指液體在經吸入管路到達泵吸入口后所剩余的高于氣化壓力pv的能量，用符號NPSHa表示，它只與裝置系統有關，而與泵的本身特性無關。必需氣蝕余量指液體由泵吸入口到達壓力最低處時的壓力降值，是臨界的氣蝕余量，為“廠方參數”，用符號NPSHr表示，通常由泵廠方通過試驗測定。它與泵的種類和結構設計有關，并隨著泵的轉速和流量的變化而變化，NPSHr越小，泵的抗氣蝕能力就越強。為保證離心泵正常工作而不發生氣蝕，在安裝上必須保證NPSHa＞NPSHr，一般情況下至少要大0.3 m，以保證有充足的裕量。

通常采用如下公式計算氣蝕余量：

式（1）中，p1為下游壓力，pv為臨界壓力，Hg為泵的安裝高度，Hf，1–2為吸入管路的流動損失（包含彎頭、閥門等處的阻力損失）。則有

式（2）中，v1為葉片進口絕對速度，l1為因絕對速度變化及流動損失而引起的壓降系數，w1為葉片進口相對速度，l2為流體繞葉片頭部引起的壓降系數（葉片的氣蝕系數）。

二、離心泵最易發生氣蝕的部位

離心泵最易發生氣蝕的部位有：葉輪上曲率最大的前蓋板處，貼近葉片進口邊緣的低壓側；壓出室中的蝸殼隔舌和導葉上靠近進口邊緣的低壓側；無前蓋板的高比轉數葉輪葉梢外圓與殼體之間的密封間隙處及葉梢的低壓側；多級泵中的第一級葉輪處。

三、離心泵氣蝕的危害

1.泵產生振動和噪聲。泵在發生氣蝕時，由于氣泡的突然潰滅、流體質點間的相互撞擊和對金屬表面沖擊，會產生寬頻帶的噪聲，通常噪聲頻率為600 ～ 2 500 Hz。有時會產生出更高頻率的超聲波，嚴重時泵內會發出噼啪的響聲并引起泵的共振，致使機泵無法正常工作。

2.泵性能的下降。泵發生氣蝕時，葉輪和液體間的能量交換會受到干擾和破壞，使泵的流量、揚程、效率、軸功率等性能下降，并伴隨強烈的水擊，產生噪聲和振動，嚴重時發生液體斷流甚至損毀葉輪的現象。

3.過流部件的侵蝕破壞。葉片入口附近的金屬部件表面長時間受到強烈的水擊，會出現麻點及凹坑，繼而表面呈現溝槽狀、蜂窩狀等痕跡，嚴重時造成葉片或者前蓋板穿孔，影響泵的使用壽命。

四、預防措施

為了避免氣蝕的發生，要采取相應措施使葉片入口附近的壓力維持在某一數值以上，通常取輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓作為最低壓力值。

1.結合泵的抗氣蝕性能，合理確定泵的安裝高度是避免氣蝕發生的有效措施之一。為確定離心泵的允許安裝高度，在國產離心泵標準中，常采用抗氣蝕性能指標來限定離心泵吸入口附近的最低壓力值。

2.通過設計計算，盡可能增大管徑，減小管路長度，減少彎頭和附件數量，以減小吸入損失，使吸入管路阻力損失減小。

3.采取冷卻、散熱措施，控制流體的輸送溫度，必要時使用溫度監測儀器或者監測系統，以便檢測泵中液體的溫度，控制其不超過允許值。

4.在項目設計和離心泵選型時，除要核算生產運行排量外，還要考慮一定的富余排量，以避免泵在大流量下運行。在同轉速和同流量下，適宜采用雙吸泵。

5.采用液位自動監控系統和最低、最高液位報警等方法，保持吸水池水位或壓力在某一范圍內，避免離心泵的吸水池水位或吸入壓力低于允許值。

6.提高設備技術管理人員的技術水平并加強崗位操作人員的操作培訓，以熟悉設備事故應急預案，當泵發生氣蝕時，能夠采取調小流量或降低轉速等措施，使設備運行達到正常。

五、結論

在石油化工生產過程中，離心泵經常會發生氣蝕現象，對設備損害較大。但是，只要了解了泵的氣蝕機理和氣蝕容易造成破壞的結構部件，采取針對性措施，例如合理確定泵的安裝高度、減小吸入管路阻力、保持或增加離心泵的吸水池水位和壓力等，即可有效預防離心泵氣蝕現象的發生，取得滿意的效果。