在污水、污油提升中自吸泵的选用探讨

李靖

（江苏滔海机械制造有限公司，江苏 靖江 214500）

随着国家对环保的进一步重视，炼化企业在污水、污油方面的处理与处置显得十分重要。在污水、污油处置时，最关键的工具之一就是泵。大量的污水池、污油罐都是以地下池或者地下罐的方式建造，需要将其中的液体提升到地面或更高处，通常可以选用液下泵、潜水泵或者自吸泵。液下泵制造成本高，维护一次较为耗时耗力；潜水泵长期处于液下，尽管可以监测电气方面的工况，但是，机械方面的故障难以监测和预判，不利于长期维护使用；自吸泵由于处于地面以上，造价不高，维护方便，成为目前污水、污油提升的首选用泵。

自吸泵主要有容积式自吸泵和离心式自吸泵两种泵型，受到介质特性各方面的影响和限制，离心式自吸泵使用范围更宽泛。笔者根据多年工作经验，对各种自吸泵根据其原理不同进行分类阐述，提出了不同工况下的较适用泵型。

1 常用离心式自吸泵分类及优缺点简析

常用的离心式自吸泵可以分为三大类：气液分离型自吸泵、气液混输型同步排吸自吸泵、抽真空型自吸泵。笔者根据多年经验，对这三种型式自吸泵逐一剖析。

1.1 气液分离型自吸泵

目前，常见的气液分离型自吸泵主要有以下两种：立式无密封自吸泵和普通卧式自吸泵。

（1）立式无密封自吸泵。立式无密封自吸泵主要由泵体、泵盖、叶轮、副叶轮、轴、入口电磁阀（或单向阀）、出口止回阀、电机等构成，如图1 所示。

该泵型启泵前先将泵腔内灌满液体，启泵后，通过叶轮，将入口管道内的气体和液体一同推送至蜗壳上方的气液分离区，气液分离后，气体通过出口或者轴与泵盖的缝隙间散逸出去，液体由于重力作用返回蜗壳内继续与入口管道内的气体混合，如此周而往复，最终将入口形成真空，介质被源源不断地提升上来，并输送至所需位置。停泵时，由于入口有电磁阀或者单向阀，破坏虹吸，使得泵腔内继续储满介质，以便下次直接启泵。

该泵型结构十分简单、材料成本较低、占地小、生产厂家较多，且各家由于掌握技术不完全一致，一般自吸深度在5 ～8 米。该泵型最大的特点是采用副叶轮动力密封，与普通机械密封相比，使用寿命延长数倍乃至数十倍，且不怕抽空，对于含颗粒介质，不怕密封易磨损坏。但是，由于改泵型不具备停车密封，容易将气味或易挥发介质散逸至空气中，对环境造成一定程度的二次污染。同时，如果出口止回阀一旦出现失灵，停泵时易发生轴封处泄露现象。同时，由于副叶轮耗功较大，泵组效率较低，能效较高。

图1 无密封自吸泵结构示意图

（2）普通卧式自吸泵。普通卧式自吸泵由与蜗壳及气液分离室一体的箱体、叶轮、轴、机械密封、轴承座、联轴器等构成，其结构如图2 所示。

图2 普通卧式自吸泵结构图

该型泵也是通过气液分离将介质提升，一般配合入口单向阀使用，使得仅需启泵前一次灌液，后续启泵直接开泵即可。由于使用机械密封，与无密封自吸泵相比，效率得到显著提升，自吸深度一般在5 ～8 米。该型泵结构简单，整体造价不高，需要定期维护，维护得当，使用寿命较长。由于回流孔的存在，效率受到部分损失，在小流量工况时，表现的尤为明显。同时，由于回流孔的存在，在面对较多颗粒物介质时，容易堵塞回流孔，影响自吸深度。

1.2 气液混输型同步排吸自吸泵

如图3 所示，气液混输型同步排吸自吸泵有两种形式，一种为自吸罐加卧式离心泵，一种为自吸罐加立式管道泵。

该泵在使用前将介质灌满自吸罐，然后启泵。依靠虹吸原理，将入口管道内的空气和自吸罐内的介质一起带走，从而完成自吸，然后，通过离心泵完成扬水的功能。近年来，部分厂商对虹吸灌等进行改造，增加射流装置等以提升自吸能力，根据实际使用效果来看，并无太大作用，该泵自吸深度的大小主要取决于入口管道的大小和自吸罐的大小，同等管道情况下，自吸罐越大，相对自吸深度越高，理论上，对于普通污水介质，自吸高度最高可达8 米。

该泵的最大优点是开泵即出液，无须等待，但是，一旦遇到入口管道较大、自吸罐设计较小的情况，或者介质含有易气化组分的工况，该泵极易抽空。对于大流量工况，该泵自吸罐占地较大，用地成本较高，也不便于长距离运输和安装。

图3 气液混输型同步排吸自吸泵结构示意图

1.3 抽真空型自吸泵

抽真空型自吸泵目前一般有两种表现形式，分别是带辅助抽真空系统的自吸泵和组合式抽真空自吸泵。带辅助抽真空系统的自吸泵一般有两种结构，一种是透平同步排吸泵，此泵现由于透平机高速旋转，易于产生高热，安全性待有验证，不建议选用，在此不做过多赘述；另一种是电动驱动的隔膜式抽真空自吸泵。组合式抽真空自吸泵也有两种结构，一种是带离合装置的一体式自吸泵，另一种是带抽真空叶轮的组合式自吸泵。下面对上述几种泵型一一阐述。

（1）电动驱动的隔膜式抽真空自吸泵。电动驱动的隔膜式抽真空自吸泵主要由如下部件构成：电动隔膜泵、离心泵、连接管道、控制系统等组成，结构较为复杂，如图4 所示。接通电源后，首先，启动隔膜泵，隔膜泵将入口管道和泵腔内抽真空，介质依靠大气压涌入泵腔内，离心泵电机工作，自此完成自吸和扬水功能。

图4 电动驱动的隔膜式抽真空自吸泵结构示意图

该型泵优点是无须提前灌泵，自吸时间较短，自吸深度5 ～8 米。但是，该泵组件较多，结构复杂，控制系统造价昂贵，占地较大。尤其是隔膜，易受介质成分和温差变化等影响，容易老化，使用维护成本高。且控制系统一旦受到干扰产生误操作，整个泵组极易全部损坏。对于大功率用泵，高压控制系统价格太高，性价比较低。

（2）带离合装置的一体式自吸泵。该型泵结构如图5 所示，由离心泵结合电磁离合器和吸排气机构以及控制柜组合而成。

该型泵工作原理是依靠与轴承箱一体的偏心齿轮带动排吸机构将入口管道内气体排出，从而达到自吸功能，控制系统检测到介质吸入泵体后，控制离合器断开与抽吸装置的联系，离心泵正常工作。

图5 带离合装置的一体式自吸泵结构简图

该泵也具有启泵前无须灌泵的优点，自吸时间短，自吸深度也可达5 ～8 米。但是，该泵结构非常复杂，啮合件较多，较易磨损，一旦产生故障，维修困难，拆装不便。含有电控系统、离合装置等，整体造价较高。

（3）带抽真空叶轮的组合式自吸泵。该型泵由一台卧式离心泵和水环式真空泵组合而成，将离心泵泵盖后设置抽真空室，抽真空叶轮与离心泵叶轮同轴，其结构简图如图6所示。该泵采用外接冲洗水，但是，无须过高压力，仅普通自来水即可满足要求，按照PLAN32 方案设置冲洗管路，冲洗管路上设置单向阀。

启泵前，先打开外接冲洗水，启泵，外接冲洗水通过机封冲洗口进入抽真空室，真空叶轮转动，利用水压缩空气从排气口返回罐内或池内，从而不断抽吸入口管道内的空气，使得入口管道形成真空，介质被压入泵腔内，由离心泵叶轮输送至需要位置。上量后，泵腔内压力大于冲洗自来水压力，单向阀关闭，自来水停止使用。

此泵无须灌液，自吸速度快，自吸深度可达8 米，结构简单，造价较低。仅在上量前需要少量自来水，上量后自来水被单向阀关闭，节省用水，节约运行成本。主要依靠离心泵工作，泵组效率可以得到高效保证。此泵与普通离心泵差别较小，可与普通离心泵一样维护，维护工作量较少。在面对含颗粒物较多的介质时，可以使用合金耐磨机封，同时，提高冲洗水压力冲洗机封端面，延长机封使用寿命。

图6 带抽真空叶轮的组合式自吸泵结构简图

2 不同工况下的选型

2.1 各泵型优缺点比较

根据前文所述，除气液混输同步排吸泵收到限制外，其余各种类型自吸泵自吸深度基本都能满足使用需求，而各种自吸泵的优缺点决定了其本身的适用工况。对各泵型优缺点进行总结，详见表1。

表1 各泵型优缺点比较

2.2 结论

众所周知，在选用泵设备时，首先，应考察其是否满足基本性能参数要求，同时应考虑综合经济成本，包括一次性投资成本、后续运行成本、后续维护成本等。通过表1，我们发现：

（1）在普通污水或含泥废水工况下，选用无密封自吸泵、普通卧式自吸泵和带抽真空叶轮的组合式自吸泵性价比较高，如考虑更严格的环保要求时，可以将普通卧式自吸泵和带抽真空叶轮的组合式自吸泵作为选择，再结合现场公用工程条件，作出最佳选型。

（2）在含颗粒物介质的情况下，无密封自吸泵和带抽真空叶轮的组合式自吸泵可以作为首选，通过介质是否含有易挥发组分或刺激性气味、用地允许情况、泵使用频率情况、现场公用工程条件等情况综合考虑选用，如收到用地情况限制和现场公用工程条件限制，可以考虑对无密封自吸泵进行改进再做选型，在此不做赘述。

（3）在污油工况下，普通卧式自吸泵和带抽真空叶轮的组合式自吸泵可以考虑选型，但是，如果介质含有易挥发的轻油成分，或者是小流量高扬程工况，建议首选带抽真空叶轮的组合式自吸泵。

（4）低温状况下，如果选用需要灌液的自吸泵，则需要现场提供伴热防凝，因此，选用无须灌液的泵型较为便捷，再通过性价比选择更经济的带抽真空叶轮的组合式自吸泵作为首选。

综上所述，气液混输同步排吸自吸泵由于受限较多，自吸性能不稳定等，不建议设计时考虑此选型；电动驱动隔膜式抽真空自吸泵和带离合装置的一体式自吸泵由于结构复杂，造价昂贵，维护烦琐且运维成本高，建议选型时应慎重考虑，不作为首选项。抽真空叶轮的组合式自吸泵，由于其综合性价比较高，成为污水、污油提升工作设计时的理想用泵。