疏水裝置對蒸汽真空泵的重要作用及疏水系統優化

摘" " " 要：蒸汽噴射在設計制造過程中需要結合一定的工作蒸汽參數，但是在實際使用過程中，在各種因素的影響下可能改變工作蒸汽參數，其中最為明顯的影響因素就是蒸汽含水量，其能夠對蒸汽噴射真空泵的運行效率和性能產生直接影響，在降低蒸汽的過程中安裝疏水裝置是最常見的措施。基于此，將對疏水裝置對蒸汽真空泵的重要作用和優化疏水系統的問題開展分析。

關" 鍵" 詞：蒸汽噴射真空泵；疏水裝置；重要作用；疏水系統優化

中圖分類號：TQ052" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）08-1172-03

作為重要的爐外精煉設備，VOD在冶金過程中能夠在脫氫、脫碳等方面發揮重要的作用。而作為獲取真空的主要設備，水蒸氣噴射泵的運行穩定性能夠直接影響冶金工作的效果[1]。現階段，在國內的VOD中在獲取真空的過程中有超過99%使用蒸汽噴射泵，其擁有較低的被抽氣體清潔度要求、較快的真空獲取速度以及較少的成本支出。在正常情況下，在設計真空泵系統的過程中必須與生產工藝的抽氣速度、能力等要求相結合，但是因為所使用介質的局限性、具體冶煉反應條件限制，大多擁有較大的難度。所以，研究蒸汽真空泵的原理、影響因素以優化疏水系統問題具有很重要的現實意義。

1" 蒸汽噴射泵的原理

蒸汽噴射真空泵是相關人員融合實驗理論、工程流體力學、工程熱力學等基礎理論的結晶。現如今蒸汽噴射真空泵技術已經擁有幾百年的發展歷史。水蒸氣噴射泵的介質是水蒸氣，當高速蒸汽射流從拉瓦爾噴嘴噴出后會帶出被抽氣體，從而順利完成將氣體抽出的工作。單級泵的工作原理如圖1所示。其主要由拉瓦爾噴嘴、擴壓室、吸入室以及混合室組成[2]。實際運行流程為，在拉瓦爾噴嘴部分會提升工作蒸汽速度，將蒸汽壓力變為動能，在噴嘴喉部能夠達到與聲音相同的速度，在噴嘴擴張段氣流將會進一步提升速度，最終出口處會形成超因素氣流并噴入混合室。此時，壓力會變得越來越低，從而使混合室內擁有低壓環境，被抽氣體會進入混合室內。在這個過程中，在混合室中被抽氣體和工作蒸汽將交換能量，使兩者漸漸擁有相同速度，然后混合氣體進入擴壓器中會提升壓力并降低速度，將會使正激波產生在其喉部，會降低提升氣流壓力的速度，使速度變為亞音速，最終向泵外排放，從而將動能有效地轉化為壓力能[3]。

但是，正常情況下單級泵只擁有8至10的壓縮比，真空度不符合相應的生產規范，想要達到使工作壓力降低的目標，在工作時需要多個噴射泵串聯，并且在串聯中需要融入冷凝器，當蒸汽冷凝工作能力不足時會由下一級泵負載。

通過分析蒸汽泵工作原理和過程可知，蒸汽想要順利完成能量交換，在不斷轉換動能和勢能時必須保證狀態足夠穩定，而蒸汽的含水量能夠在多方面改變其工作狀態，導致拉瓦爾噴射泵中的蒸汽無法正常工作。

2" 真空泵性能的影響因素

2.1" 蒸汽含水量影響真空度分析

當拉瓦爾噴嘴中噴出擁有足夠含水量的水蒸氣時能夠使汽化潛熱在整個放大量、氣流吸中出現，這種情況將在一定程度上改變整個汽流的壓力、總溫以及速度。蒸汽中水能夠吸、放大量的潛熱量，與工作蒸汽作用的能量相差無幾。

當有水珠在蒸汽流中存在時，因為水珠擁有較低的速度，而蒸汽速度卻處于較高水平，在這時水珠會吸收蒸汽的動能，在此情況下會使水分中能量降低，從而導致在噴嘴中無法噴出擁有理想速度的蒸汽流[4]。

蒸汽中的水分會混合廢氣中的粉塵，導致蒸汽噴射泵中有糊狀物形成，將會有積垢的情況出現在擴壓器壁、泵殼混合室以及噴嘴擴張段等地點。并且在真空超音速的情況下水珠有很大的幾率會存在結冰現象，主要發生地點為第一級增壓泵，因為噴嘴喉口擁有較小直徑，可能導致冰塞情況出現。

通過以上分析可知，其影響主要能在以下方面得到體現：1）利用蒸汽的情況較差，會使蒸汽泵擁有更低的抽氣能力，導致蒸汽做功不充足，只會帶出較少被抽氣體，存在明顯的動力不充足問題。2）存在蒸汽動能被損耗的問題，導致在收縮段動能無法充分完成向壓力的轉化，將其蒸汽泵的能力，會在一定程度上影響下一階段真空泵壓縮比，從而產生整體失衡的情況[5]。3）在管道中會存在較多的冷凝水，使管道中出現水錘現象，在此情況下無法滿足真空泵啟動要求，若是強行啟動可能導致噴嘴斷裂。4）當蒸汽擁有較大含水量時可能導致結冰的情況在噴嘴出現，從而導致無法正常發揮增壓泵的效果。5）在噴嘴和泵殼兩個部位會存在嚴重積垢現象，將其泵內部實際使用尺寸，導致蒸汽做功的作用無法充分發揮，不僅無法在增壓泵中發揮作用，而且會導致廢氣量增加。

2.2" 工作蒸汽

在實際工作中，噴射泵的實際抽氣性能會在較大程度上受到工作蒸汽品質的影響。在正常情況下，蒸汽噴射泵能夠使用稍過熱或飽和的工作蒸汽。在研究蒸汽壓力方面應該將重點放在干度、溫度、壓力等方面[6]。一般來說，當蒸汽擁有越高的壓力時，就會越少消耗冷卻水和工作蒸汽，但是當蒸汽擁有過高的壓力時，也不會出現十分明顯的冷卻水消耗量和工作蒸汽用量，但是會在很大程度上提升成本支出。所以，在正常的蒸汽工作中大多控制0.9～10.5 MPa的工作壓力。在蒸汽溫度方面，大多控制190～210 ℃的溫度。但是因為蒸汽管網供熱擁有100 ℃以上的過熱，應該合理的降溫使用蒸汽[7]。近年來，在降溫系統優化方面取得了很大進展，其中得到最多學者認同的是文丘里降溫裝置，借助這種裝置能夠在一定范圍內有效控制蒸汽溫度，并且能夠充分混合蒸汽和降溫水，使工作蒸汽的含水量降低，能夠有效改善噴嘴結構和抽氣性能差的問題[8]。

2.3" 冷卻水

在真空泵運行過程中冷卻水的壓力、溫度等因素都非常重要。在使用冷卻水的過程中主要目的就是將各級泵排出廢氣中的蒸汽溫度降低，從而使下一級泵的負載降低。根據相關的實踐證明，當冷凝器進口處的冷卻水擁有越低的溫度時，就會越少的消耗冷卻水[9]。但是通過對成本消耗和投資進行充分考慮，大多需要控制低于30 ℃的范圍。在冷卻水供水壓力方面，正常情況下在水分配器處應該擁有4.0×105～4.5×105 Pa的表壓。

2.4" 真空系統閥門

真空系統閥門主要分為以下三個類別，分別為工作蒸汽疏水閥、切斷B列泵使用的逆指伐以及蒸汽截止閥。真空系統運行穩定性會受到閥門壽命周期和閥門泄漏的影響。在真空系統運行過程中，無論哪種閥門存在真空度不足的情況都會導致系統無法滿足生產要求，因此相關人員非常有必要深入研究閥門。在實際開展選型工作時，相關人員應該根據實際生產中的溫度、介質等參數選擇適宜的閥門。現階段，通過分析閥門材質、密封形式等內容，研制出了很多適用于真空系統的閥門，如機械型閥門、靜力型閥門等。

3" 合理布置輸水裝置現場

蒸汽泵的性能穩定和抽氣能力會在很大程度上受到蒸汽中含水量的影響，保證布置輸水管路的合理性，能夠提升干蒸汽的獲取量，確保順利作用排掉水[10]。在實際布置輸水裝置時，相關人員可以將疏水閥和汽水分離器安裝在管網中保證排水順利完成，將疏水閥安裝在B1-B3增壓泵的汽室和蒸汽分配包后端，共有疏水閥5個，詳細情況如圖2所示。

4" 合理選擇疏水閥門

4.1" 疏水閥門類別

根據相變、溫度差、凝結水和蒸汽密度差三個標準可以將疏水閥的類型分為三種，詳細情況如表1所示。

4.2" 結合現場實際條件合理選型

現場的實際條件為：1）中壓蒸汽管道，需要及時充分的排出冷凝水。2）擁有較大的冷凝水排量。3）在未開啟B1、B2、B3增壓泵時，必須保證真空泄露的情況得到有效避免[11]。4）由于廢氣中含有較多的粉塵，疏水閥門需要能夠在較大程度上免受粉塵的影響。

通過對比以上各個條件，在該冶金的蒸汽真空泵系統中機械型的倒吊桶疏水閥門能夠發揮較為理想的效果。

5" 優化疏水系統的措施

在正常情況下，冶金設備都擁有非常復雜且惡劣的使用環境，尤其是用于冶煉不銹鋼的VOD真空系統中的增壓泵疏水閥需要有效應對更多的問題：1）在真空系統破空環節，疏水閥中將吸入較多粉塵，而疏水閥很難排出這些粉塵，會導致其中的粉塵量越來越多，最終導致堵塞。2）當存在真空度不足問題時，將會降低系統極限抽氣速度，在充分考慮冶金工藝要求的基礎上，在特定時段需要僅使用4級和5級真空泵，在此過程中可能有泄露的問題出現在B1、B2、B3的疏水閥，并且在疏水閥內部可能出現結冰堵塞問題。

想要有效解決這些問題，相關人員可以將輔助元件安裝在疏水系統中起到優化疏水系統的效果，詳細情況如圖3所示，通過安裝逆止閥使其與疏水閥形成一個整體，同時在疏水閥前安裝氣動控制閥門。在真空系統破空過程中，首先破空會在疏水閥門內部進行，在這種情況下真空系統破空，由于與系統關系壓力相比擁有更高的疏水閥內部壓力，能夠使疏水閥進入粉塵的情況得到避免。

6" 結束語

綜上所述，蒸汽噴射泵的效率會在很大程度上受到蒸汽質量的影響，其中影響最為顯著的因素就是蒸汽含水量，相關人員必須嚴格控制這一指標，從而使蒸汽能耗得到有效降低。同時，相關人員應該結合規范要求合理控制工作蒸汽的壓力、冷卻水的溫度壓力等因素，只有這樣才能夠充分發揮蒸汽噴射泵的效率。另外，相關人員應該與實際工作需求相結合有針對性地優化蒸汽真空泵的疏水系統。

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Importance of Drainage Device to Steam Vacuum

Pump and Optimization of Drainage System

XV Long-wu

（Hebei ENCO Petrochemical Engineering"Co.，"Ltd."Liaoning"Branch， Shenyang Liaoning 110004， China）

Abstract： During the design and manufacturing process of steam injection， certain working steam parameters need to be combined. However， in the actual use process， the working steam parameters may be changed under the influence of various factors， among which the most obvious factor is the steam moisture content， which can have a direct impact on the operating efficiency and performance of the steam injection vacuum pump. Installing a drain device in the process of reducing steam is the most common measure. Based on this， the important role of the drainage device on the steam vacuum pump was analyzed as well as the problem of optimizing the drainage system， hoping to provide some reference for relevant personnel.

Key words： Steam jet vacuum pump; Drainage device; Important role; Drainage system optimization