一种基于前置冷凝式汽气分离装置的水环真空泵系统

王润全

摘  要：为了从根本上提升水环真空泵系统的工作性能，该研究从现有水环真空泵系统存在缺点的实际角度出发，设计出一款水环式机械真空泵前置式扩压降温装置。该文主要对一种基于前置冷凝式汽气分离装置的水环真空泵系统进行分析，在原有系统的基础上进行改良，提高这个系统的工作性能。

关键词：水温;喷射器;压力;水汽

中图分类号： TM621.7      文献标志码：A

0 引言

为了从根本上提升水环真空泵系统的工作性能，该研究从现有水环真空泵系统存在缺点的实际角度出发，设计出一款水环式机械真空泵前置式扩压降温装置，通过应用这种装置，从根本上增强真空泵的工作效果，进而提升水环真空泵系统的工作性能。

该次研究为改良水环真空泵系统的性能，设计了一款水环式机械真空泵前置式扩压降温装置，这种装置的工作原理是利用其内部的射水式空气引射装置补充因为装置排汽而损失的水，同时将热量回收，进而补充系统的水温，同时通过扩压降温装置的真空除氧作用使除盐水补水的质量得到提升。

1 现阶段水环真空泵系统技术的优点与缺点

1.1 大气喷射器

大气喷射器装置巧妙地利用了空气，为了增强真空泵的入口抽吸压力，避免纯机械构造的真空泵内部的工作液由于温度过高而产生气化现象，条件是需要牺牲一部分驱动水环式机械真空泵的电机功耗。为了最大程度地保证真空泵叶轮工作的有效性，可以盡量避免由于工作液气化对真空泵叶轮产生的腐蚀情况，不过对于提升真空泵抽升极限压力并不存在实际作用[1]。因为这种大气喷射器装置在工作时会抽取空气，对于整个系统来说等于增加了一部分额外的气体，系统内部气体量的增加会增加真空泵的功耗，在系统运作过程中真空泵的电流会高达20 A，附加功率高达10 kW/h。虽然这样做可以使水环式真空泵的可靠性得到增强，但是对于真空泵的抽吸效果并没有实际改善，如图1所示。

1.2 辅助强制冷却系统

使用辅助强制冷却系统可以有效降低水环式机械真空泵工作液的温度，进而使机械真空泵的抽吸效果增强，同时最大程度上降低水汽的损失量[1]。这样的做法无疑是在最大程度上控制了系统内部产生的气化液扩散，防止其影响机械真空泵，进而有效解决了由于工作液气化损坏机械真空泵叶轮的现象。尽管该设备拥有出众的工作效果，但是辅助强制冷却系统需要占用很大的面积，同时需要高额的成本[1]。能耗很高，每一套辅助强制冷却系统机组的用电功率高达600 kW/h，空调机组进行冷却作业时需要大量的水，采用技术改造的方式很难解决问题，需要仔细考虑工作现场的实际情况，进而决定是否使用辅助强制冷却系统，如图2所示。

2 该次设计的目标

为了验证设计目标的可靠性，通过列举4种工况的效果进行对比。

夏季系统的的压强需要达到33 kPa，除盐水补水温度需要达到25 ℃，水压0.45 kPa[2]。

2.1 除盐水计算

系统的实际工作功率在660 MW的条件下，此时真空泵抽吸量最大为500 kg/h，装置压强33 kPa，饱和状态下温度为71.148 ℃，冷水可降低抽气温度约10 ℃，对射水式空气引射器所需要的射水量进行计算。

由此得知，在除盐水温为25 ℃，同时真空泵抽出的气体中存在大量气化水的条件下，如果以1 h计时则需要7.86473 t除盐水在压强为33 kPa的条件下可以完成所有气化水向冷凝水的转化。当压强下降至21.2 kPa时，要完成同样的工作量则上述条件不能成立，如果机组的补水率为1%，则在计时不变的条件下则需要22 t除盐水[2]。

2.2 水蒸气携带热量

真空泵的最大抽吸量为500 kg/h，除盐水温25 ℃，输入速率22 t/h，以此来作为空气引射水的来源，此时气化水会出现凝结，转化为液态水，计算气化水转化为液态水后的温度：

在与上述温度、抽吸量相同的条件下，转化压强为7 kPa，可以计算出h终=214.7565 kJ/kg，水温39.02 ℃，此时气态水将转化为湿蒸汽。转化压强升高至14 kPa时，此时湿蒸气会转化为液态冷水，转化过程中水蒸气携带的热量：

2.3 抽气热量

如果此时气体全部为干空气，不含有一点水蒸气，仍然使用除盐水，速率为22 t/h，由此可进行如下计算：

2.4 饱和水蒸汽回收热量

如果在抽吸气体全部为干空气的条件下，需要将冷却水的量需要减少到原来的1/2，除盐水喷射速率11 t/h，74.148 ℃的不凝结气体会降至25.53 ℃。抽气热量为24.5322 MJ/h。

在理想条件下，对于不同状态的气体混合物，使用25℃温度条件下系统补水实现对抽气装置的扩压冷却。压强33 kPa，引射水量22 t/h，抽气温度从25.267 ℃降至38.356 ℃，干空气补水回收热量24.6708 MJ/h ，饱和水蒸气补水回收热量1 233.58889 MJ/h。

无论是在干空气状态下还是饱和水蒸汽状态下，将除盐水量减少至原来的1/2时，此时干空气回收热量24.5322 MJ/h，饱和水蒸汽回收热量1 206.771555 MJ/h [2]，见表1。

3 结论

该次设计的水环式机械真空泵前置式扩压降温装置可以实现系统的降温扩压，提高系统作业效率。

参考文献

[1]李红，段伟，王华金，等.真空变压吸附制氧工艺设备选型及设计[J].四川化工，2020，23（1）：42-44.

[2]林万安，宋澜波，张卫，等.凝汽器水环式真空泵工作液冷却系统的优化改造[J].冶金动力，2020（1）：42-46.