淺析離心泵的氣蝕與處理預防

馬鳴霄

摘 要：離心泵是煉油廠應用最廣泛的設備之一，而離心泵在運行過程中經常會出現氣蝕問題，氣蝕問題的出現不僅會對泵的運行產生影響，還將威脅油氣的輸送安全。針對離心泵氣蝕問題，首先從氣蝕的概念和出現的原因出發，闡述影響離心泵氣蝕的主要因素，以此提出離心泵出現氣蝕問題時的處理對策，為離心泵的安全運行提供建議。研究表明：離心泵選擇更好的抗氣蝕材料、增強泵內流道的光滑度、改善泵內流道結構以及選擇性能更佳的葉輪等措施，能有效的解決離心泵的氣蝕問題，從而保證離心泵的安全運行。

關鍵詞：離心泵；氣蝕；原因；影響因素；處理對策

引言

離心泵因其結構簡單、緊湊、基礎小、可直接與原電機連接、流量均勻、價格低廉、故障少、使用維護方便、管理方便等優點而被廣泛應用于石油化工行業。如何正確使用和維護離心泵是關系到化工廠正常運行、提高經濟效益的一項重要工作。氣蝕是影響離心泵主要部件、密封件和軸承的主要因素，如何防止氣蝕是提高離心泵使用壽命的最佳途徑。

1、氣蝕的原理簡介

1.1當離心泵運行時，液體壓力隨著離心泵的入口到葉輪入口不斷降低，且壓力在葉片入口處降到最低，此后液體的壓力由于葉輪對液體做功而快速上升。在一定的輸送溫度下，當葉輪葉片入口附近的最低壓力低于液體的飽和蒸汽壓力時，液體就汽化，產生小氣泡。同時，使原來溶解在液體內的氣體也逸出，它們不斷積聚而形成氣泡。氣泡在泵內隨著液體流動，當氣泡到達壓力較高的葉道時，氣泡內的汽化壓力低于外界的壓力，此時，蒸汽就會立即凝結，氣體也會瞬時重新溶入液體，從而造成局部真空。于是，四周的液體質點就會以極高的速度向真空中心沖來，彼此撞擊，形成水錘，使瞬間局部壓力高達數十兆帕，當這些氣泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無數個小彈頭一樣，連續地打擊金屬表面。其撞擊頻率可達20000～30000HZ，經過一段時間后，金屬開始產生疲勞，表面開始呈蜂窩狀或海綿狀。隨之應力更加集中，葉片出現裂縫和脫落現象。同時，在水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側壁與底之間產生電位差，引起電化學腐蝕。像這種液體汽化、凝結、沖擊，形成高溫、高壓、高頻沖擊負荷，從而使金屬材料出現機械剝蝕與電化學腐蝕破壞的綜合現象稱為氣蝕現象。

1.2氣蝕的發生過程

（1）氣蝕的孕育階段。氣蝕的孕育階段即氣蝕的起始潛伏階段，在這一階段中，氣泡發展得不多，葉輪和端蓋部件表面產生了少量的塑性變形，但離心泵的性能參數無顯著變化。（2）氣蝕上升階段。隨著氣蝕的發展，氣蝕現象逐漸增加，氣蝕的速率也在不斷加快。在孕育階段的基礎上，發生氣蝕的部位更容易吸收較多的沖擊能量，從而快速增加了材料的表面的沖擊和失重率。在氣蝕上升階段，氣蝕孔坑幾乎布滿整個氣蝕部位表面。（3）氣蝕穩定階段。氣蝕速率不斷增加，經過一定的時間達到一個最大值，此后一段時期氣蝕的速率保持恒定不變，這一階段也稱為氣蝕率恒定階段。（4）下降階段。在下降階段，氣蝕的速率快速降低或出現不同程度的浮動。由于經過前幾個階段的發展，受氣蝕材料的表面初步形成孤立的深坑，隨后出現更嚴重的剝蝕甚至穿孔，使離心泵無法正常工作。

2、氣蝕危害

（1）產生振動和噪聲。當氣泡崩塌時，它會產生強烈的水錘，發出“劈裂”的聲音，并引起泵的振動，導致泵不能正常工作（2）沖蝕流道部件。在葉輪某些部位受到巨大沖擊力的反復作用下，葉輪表面由點蝕疲勞為蜂窩狀或海綿狀，葉片受到嚴重的表面沖蝕和穿透破壞。（3）氣蝕不能控制，泵繼續振動，導致密封圈被振動打破，介質泄漏，在化工企業中構成嚴重的安全隱患，可能引起火災爆炸事故。（4）空化振動影響軸承的使用壽命，嚴重時造成軸承齒條損壞，然后軸承球損壞，軸承振動增大，嚴重時軸承溫度繼續上升，軸承箱著火。（5）泵性能突然下降。當泵內發生汽蝕時，流體介質的連續性受到破壞，泵的揚程、流量和效率將顯著降低，導致泵不能繼續正常工作。

3、影響離心泵氣蝕的主要因素

（1）離心泵自身因素。離心泵的自身因素可以分為兩種類型。第一，離心泵自身的抗氣蝕能力較差，這主要是由于離心泵的制作材料所導致，一把情況下，同型號的離心泵所選用的材料不同，其自身的抗氣蝕能力會存在較大差距，相對來說，不銹鋼等合金材料的抗氣蝕能力較好[2]；第二，離心泵的吸入裝置或吸入通道存在問題，主要是指吸入通道設計不合理或吸入裝置存在故障，當離心泵連續運行時間較長時，吸入裝置極易出現故障，從而導致氣蝕出現，吸入通道主要是由于生產廠家采用了劣質材料，離心泵運行一段時間后吸入通道產生了變形，從而導致氣蝕問題的出現。（2）外界因素。影響離心泵出現氣蝕問題的外界因素可以分為三個方面。首先，離心泵操作人員自身問題，當工作人員自身能力不足，在實際中出現操作問題時極易出現氣蝕問題，相對來說，操作人員因素是引起氣蝕問題的主要外界因素；其次，大多數離心泵安裝完成后并不會進行大的位置變動，如果此時地面施工或者有大型機械路過，將會使離心泵發生位移，離心泵的吸入通道和管道之間產生錯位，此時也容易出現氣蝕問題；最后，自然界的環境因素也會對氣蝕產生一定的影響，例如當離心泵所處區域產生暴雨，導致泵內進水，也會引發氣蝕問題。

4、離心泵氣蝕的處理及預防改進

4.1氣蝕發生后的處理措施

（1）處理泵本身。在氣蝕現象發生時，應根據出現的振動、噪音等現象進行仔細檢查。通過降低泵的轉速、排量，并根據需要，對泵進行拆檢，仔細檢查泵內部葉輪和端蓋的氣蝕情況，并根據離心泵氣蝕的輕重采取相應措施。（2）處理輸送管系。除了檢查泵本身外，還要仔細檢查泵進口管路、各閥門等氣密性；檢查泵出口、管路、濾器等管系情況。（3）處理輸送介質。在氣蝕發生時，可調整泵前后的液位、介質的溫度及壓力等參數，從而減少氣蝕現象的發生。

4.2離心泵氣蝕現象的預防改進

4.2.1設計方面

（1）在泵管和葉輪方面，可適當減小葉輪入口與泵入口之間的距離、減少吸入管長度，或者適當增大管徑，以便降低管路阻力。（2）采用雙吸葉輪，因兩側壓力基本平衡，可降低泵吸入口的真空度，同時能更好滿足流量和揚程需要，使泵的轉速降低，減少氣蝕現象的發生。（3）減少吸入管路彎頭、管路閥門、管道長度，來降低壓力損失；采取穩流措施，最大程度保證泵入口介質平穩動流，避免流道內產生渦流，以減緩氣蝕現象的產生。

4.2.2制造方面

（1）采用強度和硬度較高、韌性和化學穩定性好的抗氣蝕材料來加工葉輪和泵殼。（2）通過不同的強化處理方法增加材料的耐蝕性。例如：材料滲氮處理、材料的熱處理、鍛壓加工硬化等工藝。（3）涂抗氣蝕材料涂層。例如：熱噴涂鈷基合金涂層等。

4.2.3使用方面

（1）適當降低輸送介質的溫度，來減少汽化壓力，從而有效的降低氣蝕的程度和頻率，減小氣蝕發生的可能性。（2）提高離心泵入口壓力，減少離心泵工作轉速。

結束語

綜上所述，當離心泵出現氣蝕問題時，不僅會使流體的輸送效率大大降低，而且會縮短離心泵的使用壽命，威脅離心泵的運行安全。為了防止氣蝕問題的出現，相關專家可以從離心泵選擇更好的抗氣蝕材料、增強泵內流道的光滑度、改善泵內流道結構以及選擇性能更佳的葉輪等方面入手，分別采取各項措施，降低離心泵的氣蝕概率，保障運行安全。

參考文獻：

[1]任丹，陳剛，解更存.離心泵氣蝕因素分析及解決辦法[J].石油化工設備技術，2017，38（05）：14-16+69.

[2]趙先甲.離心泵氣蝕對設備性能的影響與改進建議[J].石化技術，2016，23（10）：267+270.

[3]李超，白鳳雷，李強.離心泵氣蝕對設備性能的影響及改進措施[J].冶金動力，2016（02）：47-50.