一種基于前置冷凝式汽氣分離裝置的水環(huán)真空泵系統(tǒng)

王潤全

摘? 要：為了從根本上提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能，該研究從現(xiàn)有水環(huán)真空泵系統(tǒng)存在缺點的實際角度出發(fā)，設計出一款水環(huán)式機械真空泵前置式擴壓降溫裝置。該文主要對一種基于前置冷凝式汽氣分離裝置的水環(huán)真空泵系統(tǒng)進行分析，在原有系統(tǒng)的基礎上進行改良，提高這個系統(tǒng)的工作性能。

關鍵詞：水溫;噴射器;壓力;水汽

中圖分類號： TM621.7? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

為了從根本上提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能，該研究從現(xiàn)有水環(huán)真空泵系統(tǒng)存在缺點的實際角度出發(fā)，設計出一款水環(huán)式機械真空泵前置式擴壓降溫裝置，通過應用這種裝置，從根本上增強真空泵的工作效果，進而提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能。

該次研究為改良水環(huán)真空泵系統(tǒng)的性能，設計了一款水環(huán)式機械真空泵前置式擴壓降溫裝置，這種裝置的工作原理是利用其內部的射水式空氣引射裝置補充因為裝置排汽而損失的水，同時將熱量回收，進而補充系統(tǒng)的水溫，同時通過擴壓降溫裝置的真空除氧作用使除鹽水補水的質量得到提升。

1 現(xiàn)階段水環(huán)真空泵系統(tǒng)技術的優(yōu)點與缺點

1.1 大氣噴射器

大氣噴射器裝置巧妙地利用了空氣，為了增強真空泵的入口抽吸壓力，避免純機械構造的真空泵內部的工作液由于溫度過高而產生氣化現(xiàn)象，條件是需要犧牲一部分驅動水環(huán)式機械真空泵的電機功耗。為了最大程度地保證真空泵葉輪工作的有效性，可以盡量避免由于工作液氣化對真空泵葉輪產生的腐蝕情況，不過對于提升真空泵抽升極限壓力并不存在實際作用[1]。因為這種大氣噴射器裝置在工作時會抽取空氣，對于整個系統(tǒng)來說等于增加了一部分額外的氣體，系統(tǒng)內部氣體量的增加會增加真空泵的功耗，在系統(tǒng)運作過程中真空泵的電流會高達20 A，附加功率高達10 kW/h。雖然這樣做可以使水環(huán)式真空泵的可靠性得到增強，但是對于真空泵的抽吸效果并沒有實際改善，如圖1所示。

1.2 輔助強制冷卻系統(tǒng)

使用輔助強制冷卻系統(tǒng)可以有效降低水環(huán)式機械真空泵工作液的溫度，進而使機械真空泵的抽吸效果增強，同時最大程度上降低水汽的損失量[1]。這樣的做法無疑是在最大程度上控制了系統(tǒng)內部產生的氣化液擴散，防止其影響機械真空泵，進而有效解決了由于工作液氣化損壞機械真空泵葉輪的現(xiàn)象。盡管該設備擁有出眾的工作效果，但是輔助強制冷卻系統(tǒng)需要占用很大的面積，同時需要高額的成本[1]。能耗很高，每一套輔助強制冷卻系統(tǒng)機組的用電功率高達600 kW/h，空調機組進行冷卻作業(yè)時需要大量的水，采用技術改造的方式很難解決問題，需要仔細考慮工作現(xiàn)場的實際情況，進而決定是否使用輔助強制冷卻系統(tǒng)，如圖2所示。

2 該次設計的目標

為了驗證設計目標的可靠性，通過列舉4種工況的效果進行對比。

夏季系統(tǒng)的的壓強需要達到33 kPa，除鹽水補水溫度需要達到25 ℃，水壓0.45 kPa[2]。

2.1 除鹽水計算

系統(tǒng)的實際工作功率在660 MW的條件下，此時真空泵抽吸量最大為500 kg/h，裝置壓強33 kPa，飽和狀態(tài)下溫度為71.148 ℃，冷水可降低抽氣溫度約10 ℃，對射水式空氣引射器所需要的射水量進行計算。

由此得知，在除鹽水溫為25 ℃，同時真空泵抽出的氣體中存在大量氣化水的條件下，如果以1 h計時則需要7.86473 t除鹽水在壓強為33 kPa的條件下可以完成所有氣化水向冷凝水的轉化。當壓強下降至21.2 kPa時，要完成同樣的工作量則上述條件不能成立，如果機組的補水率為1%，則在計時不變的條件下則需要22 t除鹽水[2]。

2.2 水蒸氣攜帶熱量

真空泵的最大抽吸量為500 kg/h，除鹽水溫25 ℃，輸入速率22 t/h，以此來作為空氣引射水的來源，此時氣化水會出現(xiàn)凝結，轉化為液態(tài)水，計算氣化水轉化為液態(tài)水后的溫度：

在與上述溫度、抽吸量相同的條件下，轉化壓強為7 kPa，可以計算出h終=214.7565 kJ/kg，水溫39.02 ℃，此時氣態(tài)水將轉化為濕蒸汽。轉化壓強升高至14 kPa時，此時濕蒸氣會轉化為液態(tài)冷水，轉化過程中水蒸氣攜帶的熱量：

2.3 抽氣熱量

如果此時氣體全部為干空氣，不含有一點水蒸氣，仍然使用除鹽水，速率為22 t/h，由此可進行如下計算：

2.4 飽和水蒸汽回收熱量

如果在抽吸氣體全部為干空氣的條件下，需要將冷卻水的量需要減少到原來的1/2，除鹽水噴射速率11 t/h，74.148 ℃的不凝結氣體會降至25.53 ℃。抽氣熱量為24.5322 MJ/h。

在理想條件下，對于不同狀態(tài)的氣體混合物，使用25℃溫度條件下系統(tǒng)補水實現(xiàn)對抽氣裝置的擴壓冷卻。壓強33 kPa，引射水量22 t/h，抽氣溫度從25.267 ℃降至38.356 ℃，干空氣補水回收熱量24.6708 MJ/h ，飽和水蒸氣補水回收熱量1 233.58889 MJ/h。

無論是在干空氣狀態(tài)下還是飽和水蒸汽狀態(tài)下，將除鹽水量減少至原來的1/2時，此時干空氣回收熱量24.5322 MJ/h，飽和水蒸汽回收熱量1 206.771555 MJ/h [2]，見表1。

3 結論

該次設計的水環(huán)式機械真空泵前置式擴壓降溫裝置可以實現(xiàn)系統(tǒng)的降溫擴壓，提高系統(tǒng)作業(yè)效率。

參考文獻

[1]李紅，段偉，王華金，等.真空變壓吸附制氧工藝設備選型及設計[J].四川化工，2020，23（1）：42-44.

[2]林萬安，宋瀾波，張衛(wèi)，等.凝汽器水環(huán)式真空泵工作液冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化改造[J].冶金動力，2020（1）：42-46.