凈化水泵汽蝕分析及解決措施

劉大寧，陳培力

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

寧夏石化公司酸性水汽提裝置于2000年建成投用，設(shè)計處理能力為30 t/h，負(fù)責(zé)煉油區(qū)酸性水汽提凈化處理，裝置采用單塔汽提側(cè)線抽氨工藝，由于設(shè)備選型及工藝設(shè)計存在缺陷，裝置運(yùn)行期間暴露出許多問題，導(dǎo)致裝置處理量受限。

酸性水汽提裝置凈化水出裝置泵P-706/1.2設(shè)計流量28 m3/h，每年隨著春夏季氣溫升高其流量在17 t/h左右開始出現(xiàn)汽蝕，形成氣封阻流。裝置的處理量一直維持在17 t/h左右，無法滿足成產(chǎn)要求，嚴(yán)重影響了酸性水汽提裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。自催化裝置等用戶送來的酸性水量在25 t/h左右，凈化水外送量不能滿足工藝需求（25 t/h左右），導(dǎo)致酸水罐D(zhuǎn)-702/A、B滿液位，易發(fā)生冒罐事故。此外，由于酸性水罐罐體腐蝕嚴(yán)重，罐體漏點(diǎn)很多，滲漏嚴(yán)重，高液位給裝置的安全運(yùn)行和公司的安全生產(chǎn)帶來了極大的安全隱患，所以必須盡快解決凈化水泵汽蝕問題，提高酸性水外送量，將酸性水罐的液位降至較低液位，減小事故發(fā)生的可能性。

1 離心泵抗汽蝕原理

當(dāng)泵抽送液體的絕對壓力小于液體該溫度下的汽化壓力時，液體便開始汽化，產(chǎn)生蒸汽，形成氣泡，這些氣泡隨液體向前流動至高壓區(qū)時，氣泡周圍的壓力升高致使氣泡急劇縮小及至破裂，形成水擊，產(chǎn)生噪音和振動。泵發(fā)生汽蝕的初級期，泵能夠泵水，只是流量有所下降，嚴(yán)重的汽蝕會引起氣封，使泵中的液體大量汽化，泵停止泵水。

圖1 離心泵養(yǎng)揚(yáng)程流量關(guān)系圖

由圖1可得出泵汽蝕的機(jī)泵方程為：

NPSHa＞NPSHr 泵無汽蝕

NPSHa=NPSHr 泵開始汽蝕

NPSHa＜NPSHr 泵嚴(yán)重汽蝕

裝置汽蝕余量（NPSHa），又稱有效汽蝕余量，是由吸入裝置決定的，與泵本身無關(guān)，它同進(jìn)口管路系統(tǒng)、吸入液體壓力、液體溫度和汽化壓力有關(guān)，也同流量、液體密度、進(jìn)口管路尺寸、粗糙度和清潔度有關(guān)。

必需汽蝕余量（NPSHr）是由泵本身決定的，同吸入裝置無關(guān)。無論泵裝在什么樣的系統(tǒng)中，泵的NPSHr都保持不變。NPSHr是為了保證泵不發(fā)生汽蝕要求泵進(jìn)口處單位質(zhì)量液體所具有的超過汽化壓力水頭的富裕能量，即NPSHr越小，要求裝置提供的NPSHa越小，表示泵的抗汽蝕性能越好。

2 凈化水泵發(fā)生汽蝕原因及分析

由于泵實(shí)際運(yùn)行中汽蝕大多為入口壓力較低或液體溫度過高造成，現(xiàn)就進(jìn)泵溫度及對應(yīng)飽和蒸汽壓力進(jìn)行分析。

2.1 造成凈化水進(jìn)泵溫度過高原因

2.1.1 塔底凈化水冷卻系統(tǒng) 為降低汽提操作能耗，采用汽提塔底合格凈化水與進(jìn)料酸性水換熱，回收凈化水高品質(zhì)熱能。凈化水自塔底抽出經(jīng)E-704/1.2（疊加串聯(lián)）與E-704/3組成兩級換熱單元與含硫酸性水進(jìn)行換熱，兩級采用介質(zhì)逆向接觸換熱，為調(diào)節(jié)換熱效果，兩換熱單元之間凈化水和原料酸性水分別設(shè)有跨線，凈化水經(jīng)E-704/3冷卻后用凈化水泵P-706加壓外送出裝置。

圖2 凈化水冷卻系統(tǒng)流程示意圖

表1 改造前操作中各換熱單元凈化水及酸性水實(shí)測溫度表

2.1.2 凈化水進(jìn)泵溫度高原因分析 從表1可以看出凈化水進(jìn)外送泵P-706溫度為119℃左右，遠(yuǎn)超出了吸入系統(tǒng)正常操作壓力下的飽和蒸汽壓力所對應(yīng)溫度。造泵小流量下產(chǎn)生發(fā)生汽蝕致使泵抽空斷流無法正常外送，該問題為酸性水汽提裝置操作中處理量難以提升的瓶頸所在。其原因為進(jìn)入E-704/3作為冷卻介質(zhì)的含硫酸性水經(jīng)E-703已被升溫至120℃，與凈化水溫差僅為23℃，故凈化水難以得到充分降溫。

2.2 避免泵發(fā)生汽蝕的水溫計算

由泵汽蝕原理可知，NPSHr為泵的固有屬性，無法改變降低，為避免泵汽蝕只有提高裝置汽蝕余量NPSHa，另由在公式知，降低泵進(jìn)口液體溫度從而使得液體飽和蒸汽壓力Pv減小，可以很好的提高裝置汽蝕余量NPSHa。

已知：Pe-泵入口處壓力，開備用泵入口閥門讀壓力表得Pe=0.18 MPa；Vi-泵進(jìn)口法蘭處流速。

另已知：泵必需汽蝕余量NPSHr=5 m

查水的飽和蒸汽壓與溫度對應(yīng)表知，Pv=0.13 MPa對應(yīng)溫度Tv=106℃。故可知凈化水泵正常操作下為避免泵汽蝕發(fā)生，凈化水進(jìn)泵口溫度不得高于106℃。

3 有針對性的工藝改進(jìn)

基于以上原因分析，E-704/3管、殼程酸性水與凈化水的溫差僅有23℃，凈化水無法得到有效降溫，改造方案為對E-704/3管程改通循環(huán)水對凈化水進(jìn)行冷卻，將來自E-703來含硫酸性水改走E-704/3跨線直接去E-704/1.2，E-704/3管程配管接循環(huán)水線，并在加進(jìn)出口閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。改造后將原E-704/3的含硫酸性水進(jìn)口閥后及出口閥門前加盲板進(jìn)行隔離，防止循環(huán)水與酸性水互竄，改造流程（見圖3）。

圖3 E-704/3改循環(huán)水冷卻流程示意圖

4 改進(jìn)效果及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

4.1 改進(jìn)效果

表2 改進(jìn)后操作中各換熱單元凈化水及酸性水實(shí)測溫度表

改造后經(jīng)E-704/3凈化水得到充分取熱而溫度大幅下降，進(jìn)出口溫度分別為135℃和75℃，P-706凈化水外送量正常，原來泵的高溫現(xiàn)汽蝕斷流現(xiàn)象消失,解決了裝置處理量受限的瓶頸問題。凈化水泵P-706出口凈化水溫度達(dá)到下游用戶水溫度范圍，所以停用凈化水空冷器A-701/ABCD四臺30 kW風(fēng)機(jī)，減少了裝置耗電量。下面對改造后能耗進(jìn)行簡單核算。酸性水只經(jīng)E-704/1.2換熱后出口溫度為145℃，較改造前下降2℃，未造成較大影響，完全滿足酸性水進(jìn)塔工藝要求。

4.2 節(jié)能及循環(huán)水消耗

4.2.1 節(jié)電量 停運(yùn)空冷器A-701/ABCD共四臺風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)的額定功率為30 kW，改造前四臺風(fēng)機(jī)處于全部投用狀態(tài)，現(xiàn)停用后每月可節(jié)省用電86 400 kW·h。

節(jié)電量E=n（風(fēng)機(jī)臺數(shù)）×P（功率）×t（使用時間）=4×30 kW×24 h×30=86 400 kW·h

即每月可節(jié)約電費(fèi)支出：

86 400×0.732=6.324 5萬元

4.2.2 節(jié)水量 改造前，E-704共使用2臺自制噴淋，噴淋下部設(shè)置水槽（水槽高度約0.5 m）將噴淋水收集后排入地溝，無壓外排的造成浪費(fèi)。

計算每月節(jié)約新鮮水約為4 651 t。

5 結(jié)語

通過對凈化水泵汽蝕原因及吸入系統(tǒng)存在問題進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致該泵汽蝕的真正原因，提出了最為有效的改進(jìn)方案，并組織實(shí)施了此方案。解決的裝置生產(chǎn)問題，達(dá)到了預(yù)期目的，并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李云，姜培正.過程流體機(jī)械（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站.化工泵選用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［3］廖宗榮.防止水泵汽蝕產(chǎn)生的方法分析［J］.科技咨詢，2011，（3）：26-27.