化工自吸泵試車故障分析及安裝建議

史曉燕

（中國成達工程有限公司，四川成都 610041）

0 引言

自吸泵在石油化工、市政、農業、船舶等行業得到了廣泛應用，常用于輸送污水坑（池）、罐車和地下貯槽（罐）的液體。自吸泵是指泵處于吸上情況下，首次灌泵停車后再次啟動時，能允許泵自身完成再次灌泵過程的一種泵。實質是無需額外措施，在泵腔內存在氣體的情況下，能夠連續排氣并輸送液體直至泵腔內的氣體全部排出并充滿輸送液體。這種類型的泵不需要使用噴射器、真空泵和底閥即可完成自吸。自吸過程在泵腔內完成：首次灌泵并啟動泵后，入口管路處高速旋轉的葉輪造成腔體內部分真空，入口管路中的空氣被引入至真空區，在泵體的吸液室內與液體混合。之后，氣液混合物的流速隨之減慢，空氣從排氣口排出，未夾雜空氣的液體因其密度大于夾雜空氣的液體密度，在重力作用下，未夾雜空氣的液體再次返回吸液室，等待與更多的空氣進行混合，如此反復循環，直至入口管路的空氣全部排出泵腔，整個自吸過程完成[1]。

1 自吸泵試車故障分析

1.1 故障現象

某化工項目現場安裝一臺自吸泵（ZX 系列），輸送介質為硝酸鈉溶液，流量Q=40 m3/h，揚程H=102 m，自吸高度要求2.5 m。據用戶反映，施工單位在單機試車階段開車3～4 次，每次啟泵幾分鐘后出口壓力會突然陡降，出口管路僅有少量液體輸出，而且出口壓力陡降期間噪聲明顯很大，只好被迫停車。

1.2 故障分析

從現場描述情況分析，這是典型的入口壓力不夠，入口管路有大量氣體存在，導致入口處有汽蝕現象發生。施工方單機試車所用介質為水，密度與輸送介質（硝酸鈉溶液）相當。之后實地驗證，讓施工單位將單機試車過程重新還原，發現確實存在施工方描述的現象，從泵出口閥關閉至壓力升至設計出口壓力期間，慢慢加大出口閥門開度時，出口壓力只能短時間維持，幾分鐘后便會陡降，后幾乎降至零點，并伴隨著刺耳的噪聲，最終被迫停車。

此次試車過程中首先排除了人為操作失誤的可能性；其次，根據理論分析，通過目測出口管路的水流速，判斷其明顯達不到設計流量。根據正常H-Q 性能曲線，如Q↓，則H↑，ΔP↑，（P2-P1）↑，其中P2是出口壓力，P1是入口壓力；在P2保持不變的前提下P1↓，說明入口管道阻力降很大，這樣會嚴重降低泵的有效汽蝕余量（NPSHA），極易在泵入口發生汽蝕。

經仔細查看現場安裝情況（圖1），發現泵入口管道采用的是偏心異徑管，但施工單位誤將偏心的異徑管方向裝反。該泵為吸上工況，偏心異徑管本應安裝為頂平，但實際上卻裝成了底平，導致管路中有大量的氣體進入，并有一部分氣體無法完全排出，形成氣囊。緊急通知施工方整改，整改完成后即刻再次試車，泵的運行效果明顯好轉，出口流速明顯增大，但運行約十多分鐘后，出口壓力保證1 MPa（10 bar）左右的情況下，出口閥依然不能開大，出口管路液體流速較小。

經仔細詢問，施工單位表示該泵入口管路末端還加裝了底閥。因該泵為自吸泵，不需要配置底閥，底閥的存在反而會增加入口阻力降。將底閥拆除后試車，效果非常明顯，出口壓力保持穩定的情況下，出口管路液體流速加大并能保證滿管出液。由此單機試車成功。

另外，因單機試車時擔心池中水太臟會導致泵體進入異物損傷泵的通流部件，故加裝了臨時過濾器。現場拆除法蘭將臨時過濾器取下后發現，臨時過濾器的濾網非常細密，估計為30～40目。因介質是干凈的，正常開車后臨時過濾器必須拆除。而且，因兩個池子對應一臺泵，為便于切換，入口管路設置了截止閥，截止閥的設置也是增加入口阻力降的因素之一。

為了實際驗證正常開車狀態下泵的運行情況，最終將臨時過濾器拆除后再次進行了單機試車。顯然，此次更進一步改善了泵的出水量。

圖1 自吸泵安裝現場

2 自吸泵安裝建議

根據工程設計和現場施工及試車情況，提出以下安裝建議：

（1）自吸泵的最大吸上高度取決于當地大氣壓（海拔高度影響）和泵的效率。如果輸送介質的比重大于1，計算有效吸上高度時還應除以比重。如果液體的蒸汽壓較高，那么在高真空情況下，入口管路處還會發生汽化。當然，輸送這些介質時吸上高度也會相應降低[2]。選型設計時應反復核查泵的有效汽蝕余量以決定泵的最大吸上高度。

（2）入口管路須避免安裝底閥和止回閥。底閥的局部阻力系數ζ 通過查閱流體力學相關手冊為10，止回閥的局部阻力系數ζ 接近4，因此造成的入口阻力降非常大，不利于液體的吸上。而往往在工程設計中，通常會將自吸泵視作普通離心泵，均在入口管路設置底閥，其實對于自吸泵而言，這是非常錯誤的做法，應在今后的系統設計過程中避免。

（3）應盡可能減少入口管路的彎頭，盡量控制在1～2 個。彎頭越多，入口阻力損失越大，會導致有效汽蝕余量降低，引起入口管路的汽化。

（4）入口管路不宜太長。入口管路太長不僅會增加沿程阻力損失，而且會導致泵的吸上時間變長。因為自吸泵吸液室內儲存的液體量有限，長時間的自吸空轉將導致泵內液體發熱溫度升高，以致使真空度不能繼續上升，從而限制了自吸時間[3]。如果布置上無法縮短入口管路，安裝自吸泵時應盡量靠近水平管路的起始處而不是末端。

（5）入口管路應盡量減少切斷閥的使用，以避免更多的入口阻力損失。

（6）入口管路不應設置永久過濾器，為避免開車時有異物進入泵腔造成泵的損壞，可采用臨時過濾器，待正式開車后，須將臨時過濾器拆除。

（7）泵的出口管路必須設置排氣口，以使整個自吸過程中保證泵腔和入口管路內的空氣全部排出。單機試車時，可適當打開出口閥進行開閥啟動試車，而非像離心泵一樣關閥啟動試車，因自吸泵內啟動前泵內無壓力，葉輪旋轉阻力矩和所耗功率很小，適當打開出口閥可有利于排氣[3]。

（8）入口管路的設計不允許產生高點，高點的存在會導致空氣積聚以致影響自吸。譬如，試車故障分析案例中因異徑管的安裝錯誤導致入口管路出現高點，形成了氣囊。

（9）出口管路的設計應充分考慮自吸泵停車后出口管路有足夠的液體返回泵的吸液室，以便為下次自吸過程做好準備。因此，出口管路不應設置90°彎頭，而且出口止回閥和隔離閥與出口法蘭之間的管路容積應與吸液室的容積保持一致。

（10）自吸時間與泵的規格大小、葉輪直徑以及入口管徑及長度有關。泵的規格大小和葉輪直徑由制造廠根據泵的性能參數而定，入口管路的管徑應與泵吸入口口徑一致。管徑越大，排出氣體量增加，從而導致自吸時間變長。當然，管徑適當放大，管路的入口阻力損失會適當減小。但對于自吸泵而言，從自吸時間的影響因素分析，建議入口管路的管徑與泵吸入口口徑一致，管道專業在詳細設計階段，可不考慮設置異徑管。

4 結語

本文旨在說明化工自吸泵的設計、安裝和試車均不同于普通離心泵，設計選型正確的前提下，應特別注意系統、管道設計以及合理安裝的重要性，否則將會出現自吸泵無法自吸或自吸能力無法達到預期效果的情況。