压缩机组冷凝液抽提泵防气蚀改造
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摘 要：中原大化尿素装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，采用该公司开发的氨气提法尿素生产工艺，其中CO2压缩机组属于重要设备，而P117B泵作为机组的重要辅机重要性不言而喻，P117B泵是CO2机组蒸汽冷凝液抽提泵，该泵是两级叶轮导叶增压的立式离心泵，由于泵的吸入口压力低，经常气化造成泵壳内气蚀，叶轮、导叶损坏，一旦该泵故障，将严重影响机组的安全运行。
关键词：氨汽提 冷凝液抽提泵 离心泵 气蚀
一、技术背景
1.P117B运行情况
P117B是CO2机组蒸汽冷凝液抽提泵，是CO2压缩机组重要辅机，主要功能是把CO2机组的蒸汽冷凝液外送，最大外送量每小时55方，出口压力10bar，泵轴长度3.7m。该泵是两级叶轮导叶增压的立式离心泵，由于泵的吸入口压力低，经常气化造成泵壳内气蚀，叶轮、导叶损坏，一旦该泵故障，将严重影响机组的安全运行。
2.离心泵的工作原理及气蚀的产生
离心泵的工作原理离心泵的工作原理是：电机带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力也跟着旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮的边缘，并以很高的速度流向泵壳，由于泵壳中流道逐渐加宽，流体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处的液体压强进一步提高，从排出口排出。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳吸入口形成低压区，在压差作用下液体便经吸入口进入泵内，填补排出液体的位置。这样叶轮转动不停，液体便连续不断的吸入和压出而达到输送液体的目的。
二、改进方法
1.易发生气蚀的部位
对离心泵来说最易发生气蚀的部位有：
1.1叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；
1.2压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；
1.3无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙 以及叶梢的低压侧；）
1.4多级泵中第一级叶轮。
2.气蚀参数
2.1气蚀余量NPSH
泵吸入口处单位质量的液体超出液体汽化压力的富裕能量（以m液柱计），称气蚀余量。其值等于从基准面算起泵吸入口的总吸入压力减去该液体的汽化压力（绝压，以m液柱计），即：
式中Ps-泵吸入口压力，Pa
Pv-液体在该温度下的汽化压力，Pa
us-泵吸入口平均流速，m/s
ρ-液体密度，kg /m3
2.2有效气蚀余量NPSHa
有效气蚀余量（NPSHa），也即装置气蚀余量，是指泵所在装置（或系统管路）所具有的气蚀余量，其大小由吸入管路系统参数、安装高度和管路中流量等决定的，与泵的结构无关。该参数越大，泵越不容易气蚀。式（1） 经转化可求出吸上或倒灌条件下的装置气蚀余量。
对倒灌装置：
式中P1-吸入液面压力，Pa
hf-泵吸入管道阻力损失，Pa
h-吸入几何高度，m
2.3必需气蚀余量NPSHr
必需气蚀余量由泵制造厂根据试验或模型换算确定的气蚀余量。其值与泵的结构尺寸有关。该参数越小越好，参数小泵越不容易气蚀。
我们认为：选型时，泵须满足下述条件：NPSHa - NPSHr≥0.5m，对易汽化的介质须满足NPSHa - NPSHr≥0.8m；当NPSHa - NPSHr≤1m时，泵出厂必须做气蚀性能试验，以确认泵满足选型要求。
3.提高其抗气蚀性能的措施
3.1改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线形，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。
3.2采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。
3.3采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍，以减小经过叶轮的流速，从而减小泵的气蚀余量；在大型高扬程泵前装设增压前置泵，以提高进液压力；叶轮特殊设计，以改善叶片入口处的液流状况；在离心叶轮前面增设诱导轮，以提高进入叶轮的液流压力。
3.4设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。
3.5采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。
3.6泵的安装高度，泵的安装高度越高，泵的入口压力越低，降低泵的安装高度可以提高泵的入口压力。
3.7吸液管路的阻力，在吸液管路中设置的弯头、阀门等管件越多，管路阻力越大，泵的入口压力越低。
3.8泵的几何尺寸，由于液体在泵入口处具有的动能和静压能可以相互转换，其值保持不变。入口液体流速高时，压力低，流速低时，压力高，因此，增大泵入口的通流面积，降低叶轮的入口速度.可以防止泵产生气蚀。
3.9液体的密度。输送密度越大的液体时泵的吸上高度就越小，当用已安装好的输送密度较小液体的泵改送密度较大的液体时，泵就可能产生气蚀，但用输送密度较大液体的泵改送密度较小的液体时，泵的入口压力较高，不会产生气蚀。
3.10输送液体的温度。温度升高时液体的饱和蒸气压升高。在泵的入口压力不变的情况下，输送液体的温度升高时，液体的饱和蒸气压可能升高至等于或高于泵的入口压力，泵就会产生气蚀。
4.提高进液装置有效气蚀余量的措施
4.1增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。
4.2减小吸上装置泵的安装高度。
4.3将上吸装置改为倒灌装置。
4.4减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。
三、经济效益
P117B经过改造后减少了检修频率：改造前，每年平均检修两次，每次更换首级叶轮、次级叶轮、两级导叶、四个口环及铜轴套，每次备件费合计13000元，每年备件费用13000×2=26000元；改善后，每年只需更换一套备件，每次备件费13000元，每年备件费13000×1=13000元；平均每年节约备件费：13000元，效果明显。
四、结语
气蚀是影响离心泵正常运行和使用寿命的重要因素，了解其产生原理，采用适当的措施避免气蚀的发生，可以降低或避免气蚀产生的危害。本文介绍了避免气蚀的常用措施，应根据具体的工艺要求和操作环境等因素，采用适当的措施来提高泵的抗气蚀性能。
参考文献
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[6]孙寿. 泵汽蚀研究现状与展望. 水泵技术，2008.
作者简介：逯新华，男，1967年出生，检修技师，中专学历，1987年参加工作，从事化工设备检修26年。