水环真空泵性能优化改造

钱小兵，李大鹏

（克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003）

0 引言

某台精密水环真空泵是粗真空泵，型号为2BEI-252，水环介质为新水，由于水环汽化和内漏原因，真空泵真空度一般在8.0 kPa（真空度700 mmHg）左右。水环汽化造成叶轮转子汽蚀，冲蚀转子和叶轮造成叶片断裂，汽蚀产生的叶片坑点引起液环局部旋涡和增加内漏损失，导致真空度不足，不利于加热炉节能和提高分离精度，因此车间组织攻关予以解决。

1 水环真空泵现状

1.1 真空泵汽蚀

水环真空泵进口压力是负压，进口极限真空度4.0 kPa（真空度730 mmHg），液环温度＜40 ℃时，液环必然部分汽化引起汽蚀，机泵振动超过5.5 mm/s，转子和叶轮有蜂窝状坑点并出现了断裂情况，一般半年就需要更换叶轮转子，振动超标也影响轴承使用寿命。一旦叶轮断裂会引起转子卡转而突然停机，不但有可能烧毁电机，更引起空气倒窜回塔破真空，引起安全生产事故。汽蚀也会引起泵房噪声超标，检测噪声＞86 dB，造成环境污染。

1.2 真空度不足

真空泵水环汽化是不可避免的，转子和叶轮汽蚀坑点造成水环旋涡损失，水环不完整的同时内漏量也加大，达不到理想状态下的真空度。泵进口处水环汽化也挤占塔顶抽气的容积，进一步导致塔顶抽气量减少，塔顶真空度随之降低。在夏季温度的环境下，水环温度升高造成汽蚀更严重，真空泵进口真空度更低至9.3 kPa（真空度690 mmHg），严重影响各塔分离效果。

1.3 浪费新水

未改造之前，真空泵的水环水不能循环利用，补充新水进入泵后，水环水和抽气气体一起排往分离罐，气液分离沉降后上部气体外排大气，底部的水就地排放。外排水带走热量降低水环温度，资料推荐不影响真空泵正常使用的水环温度最高是40 ℃。现场实际使用中，水环温度越低则水环汽化趋势越不明显，为了减少汽蚀振动和噪音，保证水环完整，只有尽量降低水环温度，不间断补水并直接排放，即便冬季也不能停止外排，增加了新水的消耗。经验表明，要保证真空泵振动＜5.5 mm/s，水环温度就必须＜31 ℃，在此条件下外排浪费新水60 t/d。

2 改造方案

2.1 闭路循环

改变真空泵使用新水外排的方式来降低液环温度，采用闭路自循环方案，外排水线直接连到进口补液线，并在闭路循环线上增设冷却器，冷却器安装在真空泵入口和分离器之间。冷却水走管程、新水走壳程，用工厂相对便宜的冷却水和新水交换热量，降低新水水环温度，真空泵进口新水温度控制在40 ℃以下。真空泵入口负压把水分离罐底部的常压水吸到泵内形成水环，然后和气体一起排到分离器进行气液分离沉降后，分离罐底部的新水再次经过冷却器回到真空泵入口，形成有冷却水环作用的自循环，不需外排新水来降低水环温度。

2.2 更换工作液

水环真空泵不一定非要采用新水作为工作液，选择低饱和蒸气压的介质作为工作液体提高真空度，可以减少有效汽蚀。工作液选择的关键在于不能被真空泵抽出塔内介质污染，否则原低饱和蒸气压工作液逐渐含有塔内介质成分，一旦塔内介质成分饱和蒸气压相对较高，则必须定期更换工作液造成浪费；如不更换工作液，就必须定时用真空过滤机把工作液里的塔内介质排除，实现工作液再生。专用真空泵油20 ℃饱和蒸汽压是0.0015 Pa（真空度759.999 mmHg），价格比较高需要采购，而精密真空泵对应塔的产品是20#变压器油，它在20 ℃饱和蒸汽压是0.109 Pa（真空度759.992 mmHg），基本等于极限真空，和专用真空泵油实现的真空度基本相同。而且采用20#变压器油替换水不会污染工作液，可以有效避免液环汽化，提高真空度，降低工作液损耗。

3 改造计算

式中 Δtm——平均温度差，℃

Δt1、Δt2——两端温度差，℃

K——传热系数，W/m2·K

F——传热面积，m2

本项目，冷却水进口温度，28 ℃；冷却水出口温度，36 ℃；循环新水进泵温度，34 ℃；新水出泵温度，44.3 ℃；外排新水流量，2292 kg/h；传热系数（水-水），1000～2000 W/m2·K；传热系数（润滑油-水），230～460 W/m2·K。计算出使用新水做工作液，循环水冷却的换热器面积为1.6 m2；使用油作为工作液，发热量比水要大几倍，由于油换热效果比水差，由资料经验推荐，使用油作为工作液，稳妥起见选择换热器面积8 m2的冷却器。

4 改造后的效果

全年节约新水2 万吨左右；使用20#变压器油作为工作液后，真空泵入口处工作液温度＜35 ℃，按资料推荐极限真空度0.7 kPa（真空度755 mmHg），真空泵实际真空度2.3 kPa（真空度743 mmHg），具体到各塔顶真空5.3 kPa（真空度720 mmHg）左右。真空度提高后炉子负荷降低，产品分离精度增加，真空泵没有汽蚀，叶轮寿命超过3年以上，改造取得圆满成功。

5 进一步改进措施

由于设计选择水环真空泵时，考虑的是在常压条件下3 h内把系统抽到额定负压状态，所以选择抽气率很大的真空泵；实际生产中，一旦系统到额定真空度后，抽气量非常小。因此，原设计选择的真空泵只适用于开工阶段，对于实际生产则显得过大。后续考虑把其中1 台真空泵更换为抽气速率约2.6 m3/min、型号2BV的小泵，进一步降低功耗、提高真空度。