在污水、污油提升中自吸泵的選用探討

李靖

（江蘇滔海機械制造有限公司，江蘇 靖江 214500）

隨著國家對環保的進一步重視，煉化企業在污水、污油方面的處理與處置顯得十分重要。在污水、污油處置時，最關鍵的工具之一就是泵。大量的污水池、污油罐都是以地下池或者地下罐的方式建造，需要將其中的液體提升到地面或更高處，通常可以選用液下泵、潛水泵或者自吸泵。液下泵制造成本高，維護一次較為耗時耗力；潛水泵長期處于液下，盡管可以監測電氣方面的工況，但是，機械方面的故障難以監測和預判，不利于長期維護使用；自吸泵由于處于地面以上，造價不高，維護方便，成為目前污水、污油提升的首選用泵。

自吸泵主要有容積式自吸泵和離心式自吸泵兩種泵型，受到介質特性各方面的影響和限制，離心式自吸泵使用范圍更寬泛。筆者根據多年工作經驗，對各種自吸泵根據其原理不同進行分類闡述，提出了不同工況下的較適用泵型。

1 常用離心式自吸泵分類及優缺點簡析

常用的離心式自吸泵可以分為三大類：氣液分離型自吸泵、氣液混輸型同步排吸自吸泵、抽真空型自吸泵。筆者根據多年經驗，對這三種型式自吸泵逐一剖析。

1.1 氣液分離型自吸泵

目前，常見的氣液分離型自吸泵主要有以下兩種：立式無密封自吸泵和普通臥式自吸泵。

（1）立式無密封自吸泵。立式無密封自吸泵主要由泵體、泵蓋、葉輪、副葉輪、軸、入口電磁閥（或單向閥）、出口止回閥、電機等構成，如圖1 所示。

該泵型啟泵前先將泵腔內灌滿液體，啟泵后，通過葉輪，將入口管道內的氣體和液體一同推送至蝸殼上方的氣液分離區，氣液分離后，氣體通過出口或者軸與泵蓋的縫隙間散逸出去，液體由于重力作用返回蝸殼內繼續與入口管道內的氣體混合，如此周而往復，最終將入口形成真空，介質被源源不斷地提升上來，并輸送至所需位置。停泵時，由于入口有電磁閥或者單向閥，破壞虹吸，使得泵腔內繼續儲滿介質，以便下次直接啟泵。

該泵型結構十分簡單、材料成本較低、占地小、生產廠家較多，且各家由于掌握技術不完全一致，一般自吸深度在5 ～8 米。該泵型最大的特點是采用副葉輪動力密封，與普通機械密封相比，使用壽命延長數倍乃至數十倍，且不怕抽空，對于含顆粒介質，不怕密封易磨損壞。但是，由于改泵型不具備停車密封，容易將氣味或易揮發介質散逸至空氣中，對環境造成一定程度的二次污染。同時，如果出口止回閥一旦出現失靈，停泵時易發生軸封處泄露現象。同時，由于副葉輪耗功較大，泵組效率較低，能效較高。

圖1 無密封自吸泵結構示意圖

（2）普通臥式自吸泵。普通臥式自吸泵由與蝸殼及氣液分離室一體的箱體、葉輪、軸、機械密封、軸承座、聯軸器等構成，其結構如圖2 所示。

圖2 普通臥式自吸泵結構圖

該型泵也是通過氣液分離將介質提升，一般配合入口單向閥使用，使得僅需啟泵前一次灌液，后續啟泵直接開泵即可。由于使用機械密封，與無密封自吸泵相比，效率得到顯著提升，自吸深度一般在5 ～8 米。該型泵結構簡單，整體造價不高，需要定期維護，維護得當，使用壽命較長。由于回流孔的存在，效率受到部分損失，在小流量工況時，表現的尤為明顯。同時，由于回流孔的存在，在面對較多顆粒物介質時，容易堵塞回流孔，影響自吸深度。

1.2 氣液混輸型同步排吸自吸泵

如圖3 所示，氣液混輸型同步排吸自吸泵有兩種形式，一種為自吸罐加臥式離心泵，一種為自吸罐加立式管道泵。

該泵在使用前將介質灌滿自吸罐，然后啟泵。依靠虹吸原理，將入口管道內的空氣和自吸罐內的介質一起帶走，從而完成自吸，然后，通過離心泵完成揚水的功能。近年來，部分廠商對虹吸灌等進行改造，增加射流裝置等以提升自吸能力，根據實際使用效果來看，并無太大作用，該泵自吸深度的大小主要取決于入口管道的大小和自吸罐的大小，同等管道情況下，自吸罐越大，相對自吸深度越高，理論上，對于普通污水介質，自吸高度最高可達8 米。

該泵的最大優點是開泵即出液，無須等待，但是，一旦遇到入口管道較大、自吸罐設計較小的情況，或者介質含有易氣化組分的工況，該泵極易抽空。對于大流量工況，該泵自吸罐占地較大，用地成本較高，也不便于長距離運輸和安裝。

圖3 氣液混輸型同步排吸自吸泵結構示意圖

1.3 抽真空型自吸泵

抽真空型自吸泵目前一般有兩種表現形式，分別是帶輔助抽真空系統的自吸泵和組合式抽真空自吸泵。帶輔助抽真空系統的自吸泵一般有兩種結構，一種是透平同步排吸泵，此泵現由于透平機高速旋轉，易于產生高熱，安全性待有驗證，不建議選用，在此不做過多贅述；另一種是電動驅動的隔膜式抽真空自吸泵。組合式抽真空自吸泵也有兩種結構，一種是帶離合裝置的一體式自吸泵，另一種是帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。下面對上述幾種泵型一一闡述。

（1）電動驅動的隔膜式抽真空自吸泵。電動驅動的隔膜式抽真空自吸泵主要由如下部件構成：電動隔膜泵、離心泵、連接管道、控制系統等組成，結構較為復雜，如圖4 所示。接通電源后，首先，啟動隔膜泵，隔膜泵將入口管道和泵腔內抽真空，介質依靠大氣壓涌入泵腔內，離心泵電機工作，自此完成自吸和揚水功能。

圖4 電動驅動的隔膜式抽真空自吸泵結構示意圖

該型泵優點是無須提前灌泵，自吸時間較短，自吸深度5 ～8 米。但是，該泵組件較多，結構復雜，控制系統造價昂貴，占地較大。尤其是隔膜，易受介質成分和溫差變化等影響，容易老化，使用維護成本高。且控制系統一旦受到干擾產生誤操作，整個泵組極易全部損壞。對于大功率用泵，高壓控制系統價格太高，性價比較低。

（2）帶離合裝置的一體式自吸泵。該型泵結構如圖5 所示，由離心泵結合電磁離合器和吸排氣機構以及控制柜組合而成。

該型泵工作原理是依靠與軸承箱一體的偏心齒輪帶動排吸機構將入口管道內氣體排出，從而達到自吸功能，控制系統檢測到介質吸入泵體后，控制離合器斷開與抽吸裝置的聯系，離心泵正常工作。

圖5 帶離合裝置的一體式自吸泵結構簡圖

該泵也具有啟泵前無須灌泵的優點，自吸時間短，自吸深度也可達5 ～8 米。但是，該泵結構非常復雜，嚙合件較多，較易磨損，一旦產生故障，維修困難，拆裝不便。含有電控系統、離合裝置等，整體造價較高。

（3）帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。該型泵由一臺臥式離心泵和水環式真空泵組合而成，將離心泵泵蓋后設置抽真空室，抽真空葉輪與離心泵葉輪同軸，其結構簡圖如圖6所示。該泵采用外接沖洗水，但是，無須過高壓力，僅普通自來水即可滿足要求，按照PLAN32 方案設置沖洗管路，沖洗管路上設置單向閥。

啟泵前，先打開外接沖洗水，啟泵，外接沖洗水通過機封沖洗口進入抽真空室，真空葉輪轉動，利用水壓縮空氣從排氣口返回罐內或池內，從而不斷抽吸入口管道內的空氣，使得入口管道形成真空，介質被壓入泵腔內，由離心泵葉輪輸送至需要位置。上量后，泵腔內壓力大于沖洗自來水壓力，單向閥關閉，自來水停止使用。

此泵無須灌液，自吸速度快，自吸深度可達8 米，結構簡單，造價較低。僅在上量前需要少量自來水，上量后自來水被單向閥關閉，節省用水，節約運行成本。主要依靠離心泵工作，泵組效率可以得到高效保證。此泵與普通離心泵差別較小，可與普通離心泵一樣維護，維護工作量較少。在面對含顆粒物較多的介質時，可以使用合金耐磨機封，同時，提高沖洗水壓力沖洗機封端面，延長機封使用壽命。

圖6 帶抽真空葉輪的組合式自吸泵結構簡圖

2 不同工況下的選型

2.1 各泵型優缺點比較

根據前文所述，除氣液混輸同步排吸泵收到限制外，其余各種類型自吸泵自吸深度基本都能滿足使用需求，而各種自吸泵的優缺點決定了其本身的適用工況。對各泵型優缺點進行總結，詳見表1。

表1 各泵型優缺點比較

2.2 結論

眾所周知，在選用泵設備時，首先，應考察其是否滿足基本性能參數要求，同時應考慮綜合經濟成本，包括一次性投資成本、后續運行成本、后續維護成本等。通過表1，我們發現：

（1）在普通污水或含泥廢水工況下，選用無密封自吸泵、普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵性價比較高，如考慮更嚴格的環保要求時，可以將普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵作為選擇，再結合現場公用工程條件，作出最佳選型。

（2）在含顆粒物介質的情況下，無密封自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵可以作為首選，通過介質是否含有易揮發組分或刺激性氣味、用地允許情況、泵使用頻率情況、現場公用工程條件等情況綜合考慮選用，如收到用地情況限制和現場公用工程條件限制，可以考慮對無密封自吸泵進行改進再做選型，在此不做贅述。

（3）在污油工況下，普通臥式自吸泵和帶抽真空葉輪的組合式自吸泵可以考慮選型，但是，如果介質含有易揮發的輕油成分，或者是小流量高揚程工況，建議首選帶抽真空葉輪的組合式自吸泵。

（4）低溫狀況下，如果選用需要灌液的自吸泵，則需要現場提供伴熱防凝，因此，選用無須灌液的泵型較為便捷，再通過性價比選擇更經濟的帶抽真空葉輪的組合式自吸泵作為首選。

綜上所述，氣液混輸同步排吸自吸泵由于受限較多，自吸性能不穩定等，不建議設計時考慮此選型；電動驅動隔膜式抽真空自吸泵和帶離合裝置的一體式自吸泵由于結構復雜，造價昂貴，維護煩瑣且運維成本高，建議選型時應慎重考慮，不作為首選項。抽真空葉輪的組合式自吸泵，由于其綜合性價比較高，成為污水、污油提升工作設計時的理想用泵。