離心泵汽蝕現象分析以及改造優化措施總結——裝置的設計汽蝕餘量與離心泵本身固有的汽蝕餘量二者對運行工況裕度共同起決定性作用，本文對國内某煉化一體化公司煉油裝置擴能改造情況從機泵汽蝕餘量方面進行了分析與論述，以保證設備遠離汽蝕工況作為主要優化方向，并簡要探讨了機泵性能參數變化對汽蝕餘量的影響。

本文刊登于PROCESS《流程工業》2022年第08期

《淺談離心泵的汽蝕餘量》

文/ 袁帥 石梓良 李小明 趙寶超

本文作者供職于浙江石油化工有限公司

目前離心泵的選用普遍率在全世界煉化企業裝置中占比高達90%以上。其在穩定工況運行直接影響着裝置的長周期連續生産和安全性。因此掌握離心泵的特性，是管理人員乃至操作人員必不可少的技能。造成離心泵故障原因主要分為兩個方面，一是設備本體的機械故障（泵本體、聯軸器、電動機），二是系統管網及介質特性遠離設計工況間接造成設備故障。其中，汽蝕現象是對運轉設備造成的嚴重不良影響之一。不但破壞離心泵的水力性能，而且伴随着噪聲和振動，長時間運行會導緻葉輪、口環、密封等壽命大幅縮短，甚至造成嚴重安全事故。

汽蝕餘量的機理

衆所周知，汽蝕餘量主要是由于介質通過泵入口進入到葉輪中心位置低壓區，當所處環境壓力降低到當前溫度的汽化壓力時，便形成大量的氣泡，随着離心力的作用，葉輪旋轉逐漸将氣泡從低壓區帶入到葉輪邊緣高壓區，此時氣泡承受不住高壓環境瞬間破滅，形成真空，周圍液體以很高的速度填充，此時将對金屬表面産生很強烈的沖擊，損壞葉輪。通常，要求運行工況下NPSHa≥NPSHr＋0.5m，才能保證設備運轉不發生汽蝕現象。

如公式（1），裝置的汽蝕餘量關鍵影響因素為V0和W0，NPSHr近似與泵葉片進口流速平方成正比，其為泵的固有特性，不會随使用條件而改變，NPSHr表示泵的抗汽蝕性能，值越小，抗汽蝕性能越好NPSHr随流量的增加而增加。

如公式（2)，離心泵自身的汽蝕餘量影響因素為PC，NPSHa與裝置參數和液體介質有關，和泵本身沒有關系，值越大，抗汽蝕性能越好。NPSHa随流量增加而減小。

必須汽蝕餘量為：NPSHr=V02/2g λW02/2g（1）

式中：V0——葉片進口前的絕對速度；W0——葉片進口前的相對速度；λ——葉片進口壓降系數。

有效汽蝕餘量為：NPSHa=Pc/ρg–hg–hc–Pv/ρg(2）

式中：Pc——進口水池液面絕對壓力；hc——進口管路阻力損失；Pv——液體飽和蒸氣壓；hg——泵安裝高度。

汽蝕餘量的影響因素

汽蝕餘量與介質的飽和蒸氣壓有着密切關系，介質的飽和蒸氣壓會随着溫度的升高而升高。所以對汽蝕餘量起決定作用的就是介質的溫度和壓力。在一定溫度下，若介質所處的密閉環境壓力降低至該溫度下的汽化壓力，将會導緻汽蝕的産生。同理，在一定壓力下，若介質的溫度升高到該壓力下的汽化壓力，也會導緻汽蝕的産生。

汽蝕餘量的判别準則

離心泵的汽蝕餘量會随着流量的增大而增大，而裝置汽蝕餘量會随着流量的增大而降低。如圖1所示，當泵在二者交點左側工況運行（NPSHaNPSHr）時，離心泵不會發生汽蝕現象；當在交點工況運行（NPSHa=NPSHr）時，離心泵開始發生臨界汽蝕現象；而當在交點右側運行（NPSHa＜NPSHr）時，離心泵将處于嚴重汽蝕工況。

圖 1 裝置汽蝕餘量與設備汽蝕餘量曲線

離心泵改造案例分析

某煉油裝置為了應對市場産品的需求，現計劃将原設計70萬t/a氣體分餾裝置加工負荷增加至125%，即裝置操作彈性由原設計值60%~110%擴能改造為60%~125%。根據API610規範标準要求，泵在設計過程中，性能曲線上會體現3條不同葉輪直徑（即泵所能承受的最小設計葉輪直徑、當前選擇的葉輪直徑及最大設計葉輪直徑以應對不同工況。為了節約成本，降低現場施工工作量。

首先考慮，在設計範圍内僅更改現有葉輪直徑即可滿足擴能改造所需流量的要求，無需更改泵型。設計單位對該裝置擴能改造，改造前後數據對比見表1。序号1~4可根據性能曲線相應增擴葉輪直徑即可滿足實際流量需求并且各參數均在設計。序号5、6雖然經擴大葉輪直徑可滿足于擴能所需的額定流量，但在該工況下機泵的NPSHa與NPSHr已無調整空間或非常接近，很容易發生汽蝕現象，所以隻能通過改變泵型來滿足要求。

表 1 擴能改造前後數據核算對比結果

設計優化措施

設計單位要根據現場實際條件最大限度地增加裝置汽蝕餘量，對于設計單位而言，轉動設備的設計工作是由機械專業部門來完成，而裝置汽蝕餘量的設計更偏向于管道專業部門，若兩個部門對接不充分就會造成信息不對等，互相影響，進而使裝置設計不能達到最優選擇。機泵在選型設計階段要在滿足裝置生産需要前提下最大限度降低設備自身汽蝕餘量需求，以此增加較寬的運行工況裕度。由于各泵廠設計的葉輪與泵喉部較近，會對水力擾流影響較大，所以葉輪的設計按以往經驗要小于最大設計葉輪直徑10%。原始設計階段設計單位與制造廠要加強溝通，使裝置汽蝕餘量滿足于設備升級改造後的所有條件（避免造成本次改造狀況，雖葉輪最大直徑滿足生産需求但對于其他參數的設計考慮不夠充分）。

汽蝕現象會造成運行工況惡化，縮短設備的使用壽命，所以掌握泵的汽蝕性能，不僅保證設備的合理運行，而且可以提高工作效率，達到裝置的安穩優。因此，不僅要在安裝、運行階段把控質量，更重要的是在設計階段追求細節，精益求精，這樣才能保證設備長周期安全穩定運行，為生産提供保障。

本文作者袁帥 石梓良 李小明 趙寶超，責任編輯胡靜，責任校對何發。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!