离心泵气蚀现象的分析及预防

中石化天然气分公司 山东省天然气管道有限责任公司 孙奇北

辽宁石油化工大学 范开峰 阿斯汗

中国石油 山东销售仓储分公司 唐晓明

离心泵气蚀现象的分析及预防

中石化天然气分公司 山东省天然气管道有限责任公司 孙奇北

辽宁石油化工大学 范开峰 阿斯汗

中国石油 山东销售仓储分公司 唐晓明

离心泵是靠叶轮以一定转速旋转而产生离心力将流体介质输送出去的一种流体机械，被广泛应用于石油化工、煤化工等国民生产运输行业。因离心泵具有性能范围广、流量均匀、运转可靠和维护方便等特点，在实际生产中应用极为广泛。据统计，在石油、化工类装置中，离心泵占泵总使用量的70%～80%。但是，离心泵在长时间的运转过程中，会出现危害较为严重的气蚀现象。气蚀会使离心泵的性能下降，严重影响泵的效率和寿命，在作业中甚至中断流体输送，影响流体运输的安全可靠性。

一、离心泵的气蚀余量

通常，将离心泵的气蚀余量分为有效气蚀余量和必需气蚀余量两个概念。有效气蚀余量受离心泵的安装方式影响，指液体在经吸入管路到达泵吸入口后所剩余的高于气化压力pv的能量，用符号NPSHa表示，它只与装置系统有关，而与泵的本身特性无关。必需气蚀余量指液体由泵吸入口到达压力最低处时的压力降值，是临界的气蚀余量，为“厂方参数”，用符号NPSHr表示，通常由泵厂方通过试验测定。它与泵的种类和结构设计有关，并随着泵的转速和流量的变化而变化，NPSHr越小，泵的抗气蚀能力就越强。为保证离心泵正常工作而不发生气蚀，在安装上必须保证NPSHa＞NPSHr，一般情况下至少要大0.3 m，以保证有充足的裕量。

通常采用如下公式计算气蚀余量：

式（1）中，p1为下游压力，pv为临界压力，Hg为泵的安装高度，Hf，1–2为吸入管路的流动损失（包含弯头、阀门等处的阻力损失）。则有

式（2）中，v1为叶片进口绝对速度，l1为因绝对速度变化及流动损失而引起的压降系数，w1为叶片进口相对速度，l2为流体绕叶片头部引起的压降系数（叶片的气蚀系数）。

二、离心泵最易发生气蚀的部位

离心泵最易发生气蚀的部位有：叶轮上曲率最大的前盖板处，贴近叶片进口边缘的低压侧；压出室中的蜗壳隔舌和导叶上靠近进口边缘的低压侧；无前盖板的高比转数叶轮叶梢外圆与壳体之间的密封间隙处及叶梢的低压侧；多级泵中的第一级叶轮处。

三、离心泵气蚀的危害

1.泵产生振动和噪声。泵在发生气蚀时，由于气泡的突然溃灭、流体质点间的相互撞击和对金属表面冲击，会产生宽频带的噪声，通常噪声频率为600 ～ 2 500 Hz。有时会产生出更高频率的超声波，严重时泵内会发出噼啪的响声并引起泵的共振，致使机泵无法正常工作。

2.泵性能的下降。泵发生气蚀时，叶轮和液体间的能量交换会受到干扰和破坏，使泵的流量、扬程、效率、轴功率等性能下降，并伴随强烈的水击，产生噪声和振动，严重时发生液体断流甚至损毁叶轮的现象。

3.过流部件的侵蚀破坏。叶片入口附近的金属部件表面长时间受到强烈的水击，会出现麻点及凹坑，继而表面呈现沟槽状、蜂窝状等痕迹，严重时造成叶片或者前盖板穿孔，影响泵的使用寿命。

四、预防措施

为了避免气蚀的发生，要采取相应措施使叶片入口附近的压力维持在某一数值以上，通常取输送温度下液体的饱和蒸汽压作为最低压力值。

1.结合泵的抗气蚀性能，合理确定泵的安装高度是避免气蚀发生的有效措施之一。为确定离心泵的允许安装高度，在国产离心泵标准中，常采用抗气蚀性能指标来限定离心泵吸入口附近的最低压力值。

2.通过设计计算，尽可能增大管径，减小管路长度，减少弯头和附件数量，以减小吸入损失，使吸入管路阻力损失减小。

3.采取冷却、散热措施，控制流体的输送温度，必要时使用温度监测仪器或者监测系统，以便检测泵中液体的温度，控制其不超过允许值。

4.在项目设计和离心泵选型时，除要核算生产运行排量外，还要考虑一定的富余排量，以避免泵在大流量下运行。在同转速和同流量下，适宜采用双吸泵。

5.采用液位自动监控系统和最低、最高液位报警等方法，保持吸水池水位或压力在某一范围内，避免离心泵的吸水池水位或吸入压力低于允许值。

6.提高设备技术管理人员的技术水平并加强岗位操作人员的操作培训，以熟悉设备事故应急预案，当泵发生气蚀时，能够采取调小流量或降低转速等措施，使设备运行达到正常。

五、结论

在石油化工生产过程中，离心泵经常会发生气蚀现象，对设备损害较大。但是，只要了解了泵的气蚀机理和气蚀容易造成破坏的结构部件，采取针对性措施，例如合理确定泵的安装高度、减小吸入管路阻力、保持或增加离心泵的吸水池水位和压力等，即可有效预防离心泵气蚀现象的发生，取得满意的效果。