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，設計處理能力為30 t/h，負責煉油區酸性水汽提凈化處理，裝置采用單塔汽提側線抽氨工藝，由于設備選型及工藝設計存在缺陷，裝置運行期間暴露出許多問題，導致裝置處理量受限。

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，無法滿足成產要求，嚴重影響了酸性水汽提裝置的安全平穩生產。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），導致酸水罐D-702/A、B滿液位，易發生冒罐事故。此外，由于酸性水罐罐體腐蝕嚴重，罐體漏點很多，滲漏嚴重，高液位給裝置的安全運行和公司的安全生產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，減小事故發生的可能性。

1 離心泵抗汽蝕原理

當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，產生蒸汽，形成氣泡，這些氣泡隨液體向前流動至高壓區時，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，產生噪音和振動。泵發生汽蝕的初級期，泵能夠泵水，只是流量有所下降，嚴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 離心泵養揚程流量關系圖

由圖1可得出泵汽蝕的機泵方程為：

NPSHa＞NPSHr 泵無汽蝕

NPSHa=NPSHr 泵開始汽蝕

NPSHa＜NPSHr 泵嚴重汽蝕

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，它同進口管路系統、吸入液體壓力、液體溫度和汽化壓力有關，也同流量、液體密度、進口管路尺寸、粗糙度和清潔度有關。

必需汽蝕余量（NPSHr）是由泵本身決定的，同吸入裝置無關。無論泵裝在什么樣的系統中，泵的NPSHr都保持不變。NPSHr是為了保證泵不發生汽蝕要求泵進口處單位質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 凈化水泵發生汽蝕原因及分析

由于泵實際運行中汽蝕大多為入口壓力較低或液體溫度過高造成，現就進泵溫度及對應飽和蒸汽壓力進行分析。

2.1 造成凈化水進泵溫度過高原因

2.1.1 塔底凈化水冷卻系統 為降低汽提操作能耗，采用汽提塔底合格凈化水與進料酸性水換熱，回收凈化水高品質熱能。凈化水自塔底抽出經E-704/1.2（疊加串聯）與E-704/3組成兩級換熱單元與含硫酸性水進行換熱，兩級采用介質逆向接觸換熱，為調節換熱效果，兩換熱單元之間凈化水和原料酸性水分別設有跨線，凈化水經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測溫度表

2.1.2 凈化水進泵溫度高原因分析 從表1可以看出凈化水進外送泵P-706溫度為119℃左右，遠超出了吸入系統正常操作壓力下的飽和蒸汽壓力所對應溫度。造泵小流量下產生發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。其原因為進入E-704/3作為冷卻介質的含硫酸性水經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表知，Pv=0.13 MPa對應溫度Tv=106℃。故可知凈化水泵正常操作下為避免泵汽蝕發生，凈化水進泵口溫度不得高于106℃。

3 有針對性的工藝改進

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管程改通循環水對凈化水進行冷卻，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管程配管接循環水線，并在加進出口閥門進行流量調節。改造后將原E-704/3的含硫酸性水進口閥后及出口閥門前加盲板進行隔離，防止循環水與酸性水互竄，改造流程（見圖3）。

圖3 E-704/3改循環水冷卻流程示意圖

4 改進效果及經濟技術分析

4.1 改進效果

表2 改進后操作中各換熱單元凈化水及酸性水實測溫度表

改造后經E-704/3凈化水得到充分取熱而溫度大幅下降，進出口溫度分別為135℃和75℃，P-706凈化水外送量正常，原來泵的高溫現汽蝕斷流現象消失,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風機，減少了裝置耗電量。下面對改造后能耗進行簡單核算。酸性水只經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，完全滿足酸性水進塔工藝要求。

4.2 節能及循環水消耗

4.2.1 節電量 停運空冷器A-701/ABCD共四臺風機，每臺風機的額定功率為30 kW，改造前四臺風機處于全部投用狀態，現停用后每月可節省用電86 400 kW·h。

節電量E=n（風機臺數）×P（功率）×t（使用時間）=4×30 kW×24 h×30=86 400 kW·h

即每月可節約電費支出：

86 400×0.732=6.324 5萬元

4.2.2 節水量 改造前，E-704共使用2臺自制噴淋，噴淋下部設置水槽（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。

計算每月節約新鮮水約為4 651 t。

5 結語

通過對凈化水泵汽蝕原因及吸入系統存在問題進行分析，找出導致該泵汽蝕的真正原因，提出了最為有效的改進方案，并組織實施了此方案。解決的裝置生產問題，達到了預期目的，并取得很好的經濟效益。

［1］李云，姜培正.過程流體機械（第二版）［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［2］全國化工設備設計技術中心站.化工泵選用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1998.

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