浅析离心泵的气蚀与处理预防

马鸣霄

摘 要：离心泵是炼油厂应用最广泛的设备之一，而离心泵在运行过程中经常会出现气蚀问题，气蚀问题的出现不仅会对泵的运行产生影响，还将威胁油气的输送安全。针对离心泵气蚀问题，首先从气蚀的概念和出现的原因出发，阐述影响离心泵气蚀的主要因素，以此提出离心泵出现气蚀问题时的处理对策，为离心泵的安全运行提供建议。研究表明：离心泵选择更好的抗气蚀材料、增强泵内流道的光滑度、改善泵内流道结构以及选择性能更佳的叶轮等措施，能有效的解决离心泵的气蚀问题，从而保证离心泵的安全运行。

关键词：离心泵；气蚀；原因；影响因素；处理对策

引言

离心泵因其结构简单、紧凑、基础小、可直接与原电机连接、流量均匀、价格低廉、故障少、使用维护方便、管理方便等优点而被广泛应用于石油化工行业。如何正确使用和维护离心泵是关系到化工厂正常运行、提高经济效益的一项重要工作。气蚀是影响离心泵主要部件、密封件和轴承的主要因素，如何防止气蚀是提高离心泵使用寿命的最佳途径。

1、气蚀的原理简介

1.1当离心泵运行时，液体压力随着离心泵的入口到叶轮入口不断降低，且压力在叶片入口处降到最低，此后液体的压力由于叶轮对液体做功而快速上升。在一定的输送温度下，当叶轮叶片入口附近的最低压力低于液体的饱和蒸汽压力时，液体就汽化，产生小气泡。同时，使原来溶解在液体内的气体也逸出，它们不断积聚而形成气泡。气泡在泵内随着液体流动，当气泡到达压力较高的叶道时，气泡内的汽化压力低于外界的压力，此时，蒸汽就会立即凝结，气体也会瞬时重新溶入液体，从而造成局部真空。于是，四周的液体质点就会以极高的速度向真空中心冲来，彼此撞击，形成水锤，使瞬间局部压力高达数十兆帕，当这些气泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率可达20000～30000HZ，经过一段时间后，金属开始产生疲劳，表面开始呈蜂窝状或海绵状。随之应力更加集中，叶片出现裂缝和脱落现象。同时，在水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化学腐蚀。像这种液体汽化、凝结、冲击，形成高温、高压、高频冲击负荷，从而使金属材料出现机械剥蚀与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀现象。

1.2气蚀的发生过程

（1）气蚀的孕育阶段。气蚀的孕育阶段即气蚀的起始潜伏阶段，在这一阶段中，气泡发展得不多，叶轮和端盖部件表面产生了少量的塑性变形，但离心泵的性能参数无显著变化。（2）气蚀上升阶段。随着气蚀的发展，气蚀现象逐渐增加，气蚀的速率也在不断加快。在孕育阶段的基础上，发生气蚀的部位更容易吸收较多的冲击能量，从而快速增加了材料的表面的冲击和失重率。在气蚀上升阶段，气蚀孔坑几乎布满整个气蚀部位表面。（3）气蚀稳定阶段。气蚀速率不断增加，经过一定的时间达到一个最大值，此后一段时期气蚀的速率保持恒定不变，这一阶段也称为气蚀率恒定阶段。（4）下降阶段。在下降阶段，气蚀的速率快速降低或出现不同程度的浮动。由于经过前几个阶段的发展，受气蚀材料的表面初步形成孤立的深坑，随后出现更严重的剥蚀甚至穿孔，使离心泵无法正常工作。

2、气蚀危害

（1）产生振动和噪声。当气泡崩塌时，它会产生强烈的水锤，发出“劈裂”的声音，并引起泵的振动，导致泵不能正常工作（2）冲蚀流道部件。在叶轮某些部位受到巨大冲击力的反复作用下，叶轮表面由点蚀疲劳为蜂窝状或海绵状，叶片受到严重的表面冲蚀和穿透破坏。（3）气蚀不能控制，泵继续振动，导致密封圈被振动打破，介质泄漏，在化工企业中构成严重的安全隐患，可能引起火灾爆炸事故。（4）空化振动影响轴承的使用寿命，严重时造成轴承齿条损坏，然后轴承球损坏，轴承振动增大，严重时轴承温度继续上升，轴承箱着火。（5）泵性能突然下降。当泵内发生汽蚀时，流体介质的连续性受到破坏，泵的扬程、流量和效率将显著降低，导致泵不能继续正常工作。

3、影响離心泵气蚀的主要因素

（1）离心泵自身因素。离心泵的自身因素可以分为两种类型。第一，离心泵自身的抗气蚀能力较差，这主要是由于离心泵的制作材料所导致，一把情况下，同型号的离心泵所选用的材料不同，其自身的抗气蚀能力会存在较大差距，相对来说，不锈钢等合金材料的抗气蚀能力较好[2]；第二，离心泵的吸入装置或吸入通道存在问题，主要是指吸入通道设计不合理或吸入装置存在故障，当离心泵连续运行时间较长时，吸入装置极易出现故障，从而导致气蚀出现，吸入通道主要是由于生产厂家采用了劣质材料，离心泵运行一段时间后吸入通道产生了变形，从而导致气蚀问题的出现。（2）外界因素。影响离心泵出现气蚀问题的外界因素可以分为三个方面。首先，离心泵操作人员自身问题，当工作人员自身能力不足，在实际中出现操作问题时极易出现气蚀问题，相对来说，操作人员因素是引起气蚀问题的主要外界因素；其次，大多数离心泵安装完成后并不会进行大的位置变动，如果此时地面施工或者有大型机械路过，将会使离心泵发生位移，离心泵的吸入通道和管道之间产生错位，此时也容易出现气蚀问题；最后，自然界的环境因素也会对气蚀产生一定的影响，例如当离心泵所处区域产生暴雨，导致泵内进水，也会引发气蚀问题。

4、离心泵气蚀的处理及预防改进

4.1气蚀发生后的处理措施

（1）处理泵本身。在气蚀现象发生时，应根据出现的振动、噪音等现象进行仔细检查。通过降低泵的转速、排量，并根据需要，对泵进行拆检，仔细检查泵内部叶轮和端盖的气蚀情况，并根据离心泵气蚀的轻重采取相应措施。（2）处理输送管系。除了检查泵本身外，还要仔细检查泵进口管路、各阀门等气密性；检查泵出口、管路、滤器等管系情况。（3）处理输送介质。在气蚀发生时，可调整泵前后的液位、介质的温度及压力等参数，从而减少气蚀现象的发生。

4.2离心泵气蚀现象的预防改进

4.2.1设计方面

（1）在泵管和叶轮方面，可适当减小叶轮入口与泵入口之间的距离、减少吸入管长度，或者适当增大管径，以便降低管路阻力。（2）采用双吸叶轮，因两侧压力基本平衡，可降低泵吸入口的真空度，同时能更好满足流量和扬程需要，使泵的转速降低，减少气蚀现象的发生。（3）减少吸入管路弯头、管路阀门、管道长度，来降低压力损失；采取稳流措施，最大程度保证泵入口介质平稳动流，避免流道内产生涡流，以减缓气蚀现象的产生。

4.2.2制造方面

（1）采用强度和硬度较高、韧性和化学稳定性好的抗气蚀材料来加工叶轮和泵壳。（2）通过不同的强化处理方法增加材料的耐蚀性。例如：材料渗氮处理、材料的热处理、锻压加工硬化等工艺。（3）涂抗气蚀材料涂层。例如：热喷涂钴基合金涂层等。

4.2.3使用方面

（1）适当降低输送介质的温度，来减少汽化压力，从而有效的降低气蚀的程度和频率，减小气蚀发生的可能性。（2）提高离心泵入口压力，减少离心泵工作转速。

结束语

综上所述，当离心泵出现气蚀问题时，不仅会使流体的输送效率大大降低，而且会缩短离心泵的使用寿命，威胁离心泵的运行安全。为了防止气蚀问题的出现，相关专家可以从离心泵选择更好的抗气蚀材料、增强泵内流道的光滑度、改善泵内流道结构以及选择性能更佳的叶轮等方面入手，分别采取各项措施，降低离心泵的气蚀概率，保障运行安全。

参考文献：

[1]任丹，陈刚，解更存.离心泵气蚀因素分析及解决办法[J].石油化工设备技术，2017，38（05）：14-16+69.

[2]赵先甲.离心泵气蚀对设备性能的影响与改进建议[J].石化技术，2016，23（10）：267+270.

[3]李超，白凤雷，李强.离心泵气蚀对设备性能的影响及改进措施[J].冶金动力，2016（02）：47-50.