离心泵汽蚀原因分析及解决对策

离心泵汽蚀原因分析及解决对策撰稿人：刘步宇化学品事业部机械动力部2004年11月目录摘要---------------------------------------------------（1）1、前言------------------------------------------------（1）2、工艺流程与设备概况----------------------------------（1）2.1 工艺流程简介----------------------------------------（1）2.2 离心泵参数------------------------------------------（3）3、泵运行状况------------------------------------------（3）4、汽蚀原因分析----------------------------------------（3）4.1 汽蚀现象-------------------------------------------（3）4.2 汽蚀成因分析---------------------------------------（4）4.3 PP-65泵汽蚀原因确定--------------------------------（7）5、汽蚀解决对策----------------------------------------（8）5.1 解决汽蚀方案的比选---------------------------------（8）5.2 解决汽蚀方案的确定--------------------------------（10）5.3 诱导轮的设计---------------------------------------（11）5.3.1 诱导轮的设计计算---------------------------------（11）5.3.2 安装诱导轮后的抗汽蚀性能计算---------------------（16）5.3.2.1诱导轮汽蚀余量----------------------------------（16）5.3.2.2 加装诱导轮后主叶轮汽蚀性能分析-----------------（16）6、实施效果---------------------------------------------（17）7、结论-------------------------------------------------（18）8、参考文献---------------------------------------------（18）1离心泵汽蚀原因分析及解决对策摘要：本文通过对离心泵汽蚀原因进行分析，提出改善离心泵汽蚀性能的几个方案。

经过比较并结合现场实际，在不影响正常生产的前提下，利用一些临时措施解决离心泵的汽蚀问题。

主要进行诱导轮设计计算，通过加装诱导轮解决汽蚀问题。

经改造后，取得很好效果，为今后解决汽蚀问题提供了宝贵经验。

关键词：离心泵汽蚀汽蚀余量诱导轮1、前言燕化公司化学品事业部苯酚丙酮装置采用异丙苯法生产苯酚丙酮，设计能力为8万吨/年，为了降低消耗，提升技术水平，提高市场竞争力，于2003年对装置进行了技术改造，设计能力扩大到16万吨/年。

随着生产能力的扩大，工艺参数发生很大变化，大部分机泵进行了更新。

由于设计、选型、操作条件变化等原因，在改造后开车过程当中，多台机泵发生了严重的汽蚀现象，这其中又以循环烃塔底液泵（PP-65A/B）、粗苯酚塔塔底泵（PP-35A/B）等最为严重。

这些机泵在运转时，不仅振动剧烈、噪音大，而且泵效率明显下降，无法达到要求的流量和压力，严重影响装置的正常开车生产，从而带来巨大的经济损失。

因此，解决这一影响生产的实际问题就成为必然。

为了解决泵汽蚀问题，我们以循环烃塔塔底液泵（PP-65A/B）为例，分析研究汽蚀产生原因，制订解决对策。

2、工艺流程与设备概况2.1 工艺流程简介2PP-65A/B泵是回收系统循环烃塔（PT-20）塔底液泵。

由储罐（PTK-14）出来的油在聚结器（PZ-20）中分离，脱去油中所含的微量钠盐，供给PT-20。

在PT-20中，采用真空操作。

轻焦油中的丙酮组分从塔顶分离。

脱除丙酮后的物料由塔釜液位控制，经塔底泵PP-65送到脱重塔（PT-21）。

PT-21脱重塔主要是将异丙苯和α-甲基苯乙烯与重烃分离开来。

该塔采用高真空操作，根据进料量调节加热量。

塔顶馏分主要是比异丙苯轻的组分，采到储罐PTK-33，侧采主要是异丙苯和α-甲基苯乙烯作为加氢进料，塔釜采出重废烃由PP-119泵送去储罐，其中主要包含α-甲基苯乙烯和重芳烃。

PP-65泵进口管线从塔（PT-20）底出来经过几个弯头、三通后，与泵相连，两台泵并联布置，PT-20塔为负压操作，泵进口管线无保温，泵入口管线无过滤器。

图1 工艺流程图相关系统控制点单位设计值执行指标进料量m3/h 5.0 4.5~5.5 PT-20回流量m3/h 2.0 1.8~2.53塔釜液位% 50 30~80 塔釜温度℃135 130~140 尾压mmHg 640 620~650PT-21 进料量m3/h 4.7 4.4~5.4 回流量m3/h 6.5 6.0~7.0 塔釜液位% 50 30~80 塔釜温度℃180 175~185 尾压mmHg 640 620~650 表1 岗位正常工艺控制条件2.2 离心泵参数PP-65A/B泵为单级单吸悬臂式流程泵，泵型号HYB25-315C，轴向吸入，叶轮经切割，叶轮直径D为302（mm）。

泵参数见表2，性能实验记录见表3。

主要材质扬程（m）流量（m3/h）轴功率（KW）泵效率（%）比转数电机功率（KW）入口/出口直径（mm）转速（r/min）SUS304115 11.5 14.5 25 20.8 15 50/25 2950表2 泵参数实验介质（17℃）入口压力（Mpa）出口压力（Mpa）总扬程（m）流量（m3/h）轴功率（KW）效率（%）4水-0.013 1.10 116 8.05 13.6 19水-0.013 1.10 116 11.5 14.5 25水（-0.014 1.00 105 13.8 15.2 26表3 泵性能实验记录单3、泵运行状况装置改造后，水运过程中，PP-65泵运转平稳，无噪声，流量、扬程达到设计要求。

开车过程中，初期未发生异常现象；当塔釜温度达到60℃时，开始有噪声出现，泵有轻微振动，流量、扬程出现波动，电流表指针摆动；当塔釜温度达到120℃时，噪声增大，泵振动加剧，流量、扬程出现较大波动，电流表指针大幅摆动；当塔釜温度达到150℃时，此现象不断加剧，流量、扬程无法控制，扬程下滑至零，泵剧烈振动，噪声很大，被迫停泵寻求解决对策。

4、汽蚀原因分析4.1 汽蚀现象由于叶轮叶片入口附近液体压力小于或等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体便开始汽化，同时还可能有溶解在液体内的气体逸出，形成大量气泡，气泡随液体流到叶道内压力较高处时又瞬时凝结溃灭，气泡周围的液体迅速冲入气泡凝失形成的空穴，形成强大的局部高频高压水击，产生振动和噪音，表明离心泵已开始汽蚀。

长期在这种状态下运行，金属表面因疲劳而产生剥蚀，同时，由于活泼气体的存在以及气泡凝结时产生的局部高温，导致金属表面发生电化学腐蚀。

上述这一过程称为汽蚀现象。

56 泵发生汽蚀的初生阶段，泵能继续工作，只是流量略有下降，严重的汽蚀会引起汽封，使泵中的液体大部分汽化，泵停止输送液体。

泵不容易从汽封中恢复，因为泵为了继续输送液体，产生更多的热量，导致更多的气体形成，为了使泵重新工作，必须关闭泵，重新灌泵以驱逐气体。

对比分析发现：PP-65泵运行状况与离心泵发生汽蚀现象时的状况完全一致，由此，可断定PP-65泵发生了严重的汽蚀。

4.2 汽蚀成因分析为了便于理解汽蚀产生的原因，我们引入装置汽蚀余量（NPSHa ）和必需汽蚀余量(NPSHr)的概念。

装置汽蚀余量（NPSHa ）又称有效汽蚀余量，是由吸入装置决定的，与泵本身无关。

它同进口管路、进液罐、进液罐液位和压力、液体的温度和汽化压力有关，也同流量、液体的比重、进口管路尺寸、进口管路粗糙度和直接关系到进口压力降的进口管路清洁度有关。

NPSHa 的计算公式为：gV g P g P m NPSHa i v 2)(20+-=ρρ 式中：ρg P 0-------泵进口压力（m ） ρg P v -------液体汽化压力（m ） gV i 22-------泵进口法兰处的速度头（m ） 必需汽蚀余量（NPSHr ）是由泵本身决定的，它数值大小的主要影响因素是泵吸入口、叶轮入口的几何形状以及泵运转时的转速及流量，而同吸入装置无关。

通常，由制造厂在一定条件下通过汽蚀实验取得。

NPSHr是为了保证泵不发生汽蚀，要求泵进口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富裕能量，即要求装置提供的最小汽蚀余量。

NPSHr越小，要求装置提供的NPSHa越小，表示泵的抗汽蚀性能越好。

离心泵开始发生汽蚀的界限见图2。

图2 泵性能曲线由图2可得出泵汽蚀基本方程式为：NPSHa=NPSHr 泵汽蚀NPSHa＜NPSHr 泵严重汽蚀NPSHa＞NPSHr 泵无汽蚀由此可以看出装置汽蚀余量（NPSHa）小于必需汽蚀余量（NPSHr），是泵发生汽蚀的直接原因。

由PP-65泵设计资料查得，NPSHa =0.75（m），NPSHr=0.6（m），NPSHa＞NPSHr，泵应不产生汽蚀。

但在生产实际中，一些影响因素发生了变化，导致装置汽蚀余量降低，当NPSHa＜NPSHr7时，泵将严重汽蚀。

而引起装置汽蚀余量降低的主要原因有如下四个方面：（1）大流量引起叶轮进口速度增加，从而引起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加。

当PP-65泵出口阀门开度过大时，导致流量大于正常流量，发生大流量汽蚀。

（2）非常低的流量造成液体不正常升温，液体从叶轮获得能量，以及泵内部间隙增大引起内部泄露增加，使液体获得附加能量，引起液体汽化。

小流量汽蚀通常不会发生，因为泵不允许在非常小的流量下运行，由图2可以看出泵在小流量（不包括非常小的流量）运行时，NPSHr较低。

当出口阀门关闭时，泵的汽蚀很明显，这是由于离心泵的出口阀们关闭引起泵壳中的液体迅速升温并汽化，很快引起汽封。

（3）系统的变化（液位下降或进口管路阻塞等）引起进口压力损失。

它包括泵的吸入管路水力损失及安装高度等。

泵的安装高度高或吸入管路阻力损失大，都会使泵低压区处的压力降低，从而使泵的汽蚀容易发生。

当PT-20塔内液位有变化，低于设计值（50%）时，会导致PP-65泵入口压差过低；PT-20塔内操作压力降低为540mmHg，低于设计值（640mmHg），也会使PP-65泵入口压力接近液体的汽化压力；8PP-65泵入口应无滤网，水运时为了除去焊渣等杂物，安装了临时进口滤网，正常开车后没有拆除，也导致入口管路阻力增大，降低入口压力。