净化水泵汽蚀分析及解决措施

刘大宁，陈培力

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750021）

宁夏石化公司酸性水汽提装置于2000年建成投用，设计处理能力为30 t/h，负责炼油区酸性水汽提净化处理，装置采用单塔汽提侧线抽氨工艺，由于设备选型及工艺设计存在缺陷，装置运行期间暴露出许多问题，导致装置处理量受限。

酸性水汽提装置净化水出装置泵P-706/1.2设计流量28 m3/h，每年随着春夏季气温升高其流量在17 t/h左右开始出现汽蚀，形成气封阻流。装置的处理量一直维持在17 t/h左右，无法满足成产要求，严重影响了酸性水汽提装置的安全平稳生产。自催化装置等用户送来的酸性水量在25 t/h左右，净化水外送量不能满足工艺需求（25 t/h左右），导致酸水罐D-702/A、B满液位，易发生冒罐事故。此外，由于酸性水罐罐体腐蚀严重，罐体漏点很多，渗漏严重，高液位给装置的安全运行和公司的安全生产带来了极大的安全隐患，所以必须尽快解决净化水泵汽蚀问题，提高酸性水外送量，将酸性水罐的液位降至较低液位，减小事故发生的可能性。

1 离心泵抗汽蚀原理

当泵抽送液体的绝对压力小于液体该温度下的汽化压力时，液体便开始汽化，产生蒸汽，形成气泡，这些气泡随液体向前流动至高压区时，气泡周围的压力升高致使气泡急剧缩小及至破裂，形成水击，产生噪音和振动。泵发生汽蚀的初级期，泵能够泵水，只是流量有所下降，严重的汽蚀会引起气封，使泵中的液体大量汽化，泵停止泵水。

图1 离心泵养扬程流量关系图

由图1可得出泵汽蚀的机泵方程为：

NPSHa＞NPSHr 泵无汽蚀

NPSHa=NPSHr 泵开始汽蚀

NPSHa＜NPSHr 泵严重汽蚀

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，它同进口管路系统、吸入液体压力、液体温度和汽化压力有关，也同流量、液体密度、进口管路尺寸、粗糙度和清洁度有关。

必需汽蚀余量（NPSHr）是由泵本身决定的，同吸入装置无关。无论泵装在什么样的系统中，泵的NPSHr都保持不变。NPSHr是为了保证泵不发生汽蚀要求泵进口处单位质量液体所具有的超过汽化压力水头的富裕能量，即NPSHr越小，要求装置提供的NPSHa越小，表示泵的抗汽蚀性能越好。

2 净化水泵发生汽蚀原因及分析

由于泵实际运行中汽蚀大多为入口压力较低或液体温度过高造成，现就进泵温度及对应饱和蒸汽压力进行分析。

2.1 造成净化水进泵温度过高原因

2.1.1 塔底净化水冷却系统 为降低汽提操作能耗，采用汽提塔底合格净化水与进料酸性水换热，回收净化水高品质热能。净化水自塔底抽出经E-704/1.2（叠加串联）与E-704/3组成两级换热单元与含硫酸性水进行换热，两级采用介质逆向接触换热，为调节换热效果，两换热单元之间净化水和原料酸性水分别设有跨线，净化水经E-704/3冷却后用净化水泵P-706加压外送出装置。

图2 净化水冷却系统流程示意图

表1 改造前操作中各换热单元净化水及酸性水实测温度表

2.1.2 净化水进泵温度高原因分析 从表1可以看出净化水进外送泵P-706温度为119℃左右，远超出了吸入系统正常操作压力下的饱和蒸汽压力所对应温度。造泵小流量下产生发生汽蚀致使泵抽空断流无法正常外送，该问题为酸性水汽提装置操作中处理量难以提升的瓶颈所在。其原因为进入E-704/3作为冷却介质的含硫酸性水经E-703已被升温至120℃，与净化水温差仅为23℃，故净化水难以得到充分降温。

2.2 避免泵发生汽蚀的水温计算

由泵汽蚀原理可知，NPSHr为泵的固有属性，无法改变降低，为避免泵汽蚀只有提高装置汽蚀余量NPSHa，另由在公式知，降低泵进口液体温度从而使得液体饱和蒸汽压力Pv减小，可以很好的提高装置汽蚀余量NPSHa。

已知：Pe-泵入口处压力，开备用泵入口阀门读压力表得Pe=0.18 MPa；Vi-泵进口法兰处流速。

另已知：泵必需汽蚀余量NPSHr=5 m

查水的饱和蒸汽压与温度对应表知，Pv=0.13 MPa对应温度Tv=106℃。故可知净化水泵正常操作下为避免泵汽蚀发生，净化水进泵口温度不得高于106℃。

3 有针对性的工艺改进

基于以上原因分析，E-704/3管、壳程酸性水与净化水的温差仅有23℃，净化水无法得到有效降温，改造方案为对E-704/3管程改通循环水对净化水进行冷却，将来自E-703来含硫酸性水改走E-704/3跨线直接去E-704/1.2，E-704/3管程配管接循环水线，并在加进出口阀门进行流量调节。改造后将原E-704/3的含硫酸性水进口阀后及出口阀门前加盲板进行隔离，防止循环水与酸性水互窜，改造流程（见图3）。

图3 E-704/3改循环水冷却流程示意图

4 改进效果及经济技术分析

4.1 改进效果

表2 改进后操作中各换热单元净化水及酸性水实测温度表

改造后经E-704/3净化水得到充分取热而温度大幅下降，进出口温度分别为135℃和75℃，P-706净化水外送量正常，原来泵的高温现汽蚀断流现象消失,解决了装置处理量受限的瓶颈问题。净化水泵P-706出口净化水温度达到下游用户水温度范围，所以停用净化水空冷器A-701/ABCD四台30 kW风机，减少了装置耗电量。下面对改造后能耗进行简单核算。酸性水只经E-704/1.2换热后出口温度为145℃，较改造前下降2℃，未造成较大影响，完全满足酸性水进塔工艺要求。

4.2 节能及循环水消耗

4.2.1 节电量 停运空冷器A-701/ABCD共四台风机，每台风机的额定功率为30 kW，改造前四台风机处于全部投用状态，现停用后每月可节省用电86 400 kW·h。

节电量E=n（风机台数）×P（功率）×t（使用时间）=4×30 kW×24 h×30=86 400 kW·h

即每月可节约电费支出：

86 400×0.732=6.324 5万元

4.2.2 节水量 改造前，E-704共使用2台自制喷淋，喷淋下部设置水槽（水槽高度约0.5 m）将喷淋水收集后排入地沟，无压外排的造成浪费。

计算每月节约新鲜水约为4 651 t。

5 结语

通过对净化水泵汽蚀原因及吸入系统存在问题进行分析，找出导致该泵汽蚀的真正原因，提出了最为有效的改进方案，并组织实施了此方案。解决的装置生产问题，达到了预期目的，并取得很好的经济效益。

［1］李云，姜培正.过程流体机械（第二版）［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［2］全国化工设备设计技术中心站.化工泵选用手册［M］.北京：化学工业出版社，1998.

［3］廖宗荣.防止水泵汽蚀产生的方法分析［J］.科技咨询，2011，（3）：26-27.