高炉冲渣泵产生汽蚀的原因及处理方法

张 烜，肖 宏
（广东省韶关钢铁集团有限公司，广东 曲江 512123）

　　摘要：一些小高炉的冲渣水在循环运行过程中，由于没有冷却设施，循环水温较高，若水泵安装高度不合适，易使水泵产生汽蚀，造成水泵运行效率降低，需经常更换叶轮，给生产和管理带来不便。本文根据实际运行经验和理论计算指出，当水温高于50℃时必须修正泵的允许吸上真空高度。
　　关键词：高炉冲渣；水泵；汽蚀；叶轮
　　中图分类号：TU992.25
　　文献标识码:A
　　文章编号：1009-2455(2001)03-0044-02

Causes of Cavitation in Slag-Flushing Pumps for Blast Furnaces and Solutions
ZHANG Xuan，XIAO Hong
(Shaoguan Iron & Steel Group Co.Ltd.,Qujiang 512123，China)

　　Abstract:During the circulation of the slag-flushing water for the small -sized blast furnaces without cooling facilities，the temperature of the circulating water is relatively high，which easily causes cavitation in the water pumps if the installation height of the water pumps is not proper，resulting in lower efficiency of the operation of the water pumps and the necessity to freauently replace the impellers，which inconveniences both the production and the management．It is pointed out in this paper based on the experience from practical operation and on theoretical calculations that when the temperature exceeds 50℃ the allowable suction head of the pumps must be adjusted．
　　Key words:slag flushing for blast furnace；water pumps；cavitation；impeller

前言

　　我国地方钢铁企业的炼铁厂，由于受场地、投资等条件的限制，一些小高炉的冲渣水循环系统中均未设置专用冷却设施（如冷却塔），仅靠平流沉渣池的表面散热来降低冲渣水的温度，致使高炉冲渣水在循环使用中，水温过高，水泵安装高度稍有不适，将会使水泵产生汽蚀。本文以国内某钢铁企业的炼铁厂为实例，就高炉冲渣泵产生汽蚀的原因及解决方法作一简单介绍。

1 汽蚀产生的原因

1.1 高炉冲渣泵运行现状
　　该炼铁厂己有的冲渣泵房为地下式泵房。其泵房地面标高为-6.00m，内设两台14sh-9A型水泵（一用一备），供一座350m³高炉冲渣用水。冲渣后的水（水温已升高）经冲渣沟流入平流沉渣池冷却后，进入吸水井，吸水井水面标高为-2.80m，水泵中心标高为-5.20m，即水泵吸水管以上水体高度为2.40m。
　　当冲渣泵房的水泵在提升冲渣水的运行过程中，由于水温较高且水中含有浮渣，新换上的叶轮运行20～60d左右后，因汽蚀水泵出口水压就由开始运行的P=0.5MPa降至0.2MPa，造成水泵出水水压、水量不能满足正常要求，故需频繁更换叶轮，使检修量增大，供水可靠性差，给生产和管理带来很大困难。

1.2 汽蚀产生的原因分析
　　据现场调查，冲渣泵房吸水井内淤泥沉积较多并有浮法。循环水水温高，仅靠平流沉渣池的表面散热难以降低水温。特别是在夏季，冲渣水温最高达80℃，是冲渣泵更换叶轮最频繁的时期，被更换下的叶轮磨损较多，有蜂窝状的麻点和小孔。这是因为冲渣水水温过高使水泵吸水管内结垢，断面减小，吸水阻力加大，现有水泵允许吸上真空高度安装不合适等因素，造成水泵汽蚀，运行效率降低。但主要原因是水泵安装高度不够。因吸水井水面、水泵中心两者标高的关系，这样叶轮以上水的静压为0.024MPa。而水温升高使水的饱和蒸气压力变大，当水泵叶轮进口低压区的压力等于或小于该温度下的水的饱和蒸气压力时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，气泡随水流进入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕，这样使叶轮金属表面承受着每秒数万次的局部水锤作用，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。与此同时，由于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，引起电化腐蚀，使蜂窝加大，最后使叶轮穿孔，达到完全蚀坏的程度，这样势必造成水泵出口水量减少和水压降低^[1]。

2 解决汽蚀的方法

　　为防止冲渣泵产生汽蚀现象，解决的办法是正确确定水泵安装高度或降低水温。关于水温对冲渣泵汽蚀的影响，通过对国内一些炼铁厂高炉冲渣水的调查发现，设有冷却设施的高炉冲渣水系统，其提升冲渣水的冲渣泵运行效果良好，未出现水泵叶轮汽蚀现象，无冷却设施的高炉冲渣水系统，其冲渣泵叶轮汽蚀现象比较严重，所以说降低水温是解决冲渣泵叶轮汽蚀的一种方法。
　　但因该厂冲渣泵房系统为已有，且冲渣水量Q=1000m³/h，要降低水温其工程需新建冷却设施，投资大且无建造构筑物的场地，只能通过调整水泵安装高度来解决。

　　2.1 冲渣泵安装高度的确定
　　一般水泵安装高度H_安是按1个标准大气压和水温t=20℃的状况下确定的。因此当冲渣水在水温t=80℃时工作状态下，要修正允许吸上真空高度。
　　修正允许吸上真空高度：
　　　　H_s‘=H_s-(10.3－h_a)-(h_t-0.24)=2.5-4.82+0.24=-2.08m
　　式中：H_s‘－修正后允许吸上真空高度；
　　　　　H_s－水泵允许吸上真空高度（该泵铭牌上标明为2.5m）；
　　　　　h_a－安装点实际大气压，取h_a=10.3m；
　　　　　h_t－饱和蒸汽压，见表1。按水温t=80℃计，取h_t=4.82m；
　　(h_t-0.24)是对水温的修正，当水温大于20℃时允许吸上真空高度比铭牌上的数值要小，如不经修正水泵安装仍以H_s为依据，水泵的运行效果及安全就得不到保证。

　　水泵安装高度：
　　　　H_安=H_s‘-V²/2g-h_s
　　式中：h_s－吸水管和吸水头的水头损失之和，取1m；
　　　　　V－出口流速，m/s；
　　　　　g－重力加速度，m/s2；
　　　　　H_安=-2.08-0.58-1=-3.66m；
　　根据上述计算，冲渣水泵高度须在水面以下3.66m才能克服汽化压力，防止产生汽蚀。但该厂的冲渣泵叶轮在水面下2.4m处，即叶轮进口处的水压小于冲渣水t=80℃时产生的汽化压力，这就是造成水泵叶轮汽蚀的主要原因^[2]。
2.2 解决冲渣泵汽蚀的措施
　　该厂的现有冲渣泵叶轮中心标高及吸水井己不可能改变，只能按实际情况来解决冲渣泵叶轮汽蚀问题，具体采取了以下措施：
　　（1）更换水泵，将14Sh-9A型水泵更换成叶轮为耐磨的12/10ST-AH型灌浆泵，其H_s=3m。
　　（2）更换水泵吸水管，由DN500改为DN600，吸水管道局部和沿程阻力损失可减少0.25m。
　　（3）提高吸水井水面，将溢流口标高提高0.7m。
　　采取以上三种措施后，计算渣浆泵叶轮中心以上还需多少液位差：
　　按t=80℃，取h_t=4.82m允许吸上真空高度：
　　　　H_s‘=H_s-(10.3-h_a)-(h_t-0.24)
　　　　　 =3.0-4.82+0.24=-1.58m
　　渣浆泵安装高度：
　　　　H_安=H_s‘-V²/2g-H_s=-1.58-0.33-1
　　　　　 =-2.91m
　　由此可见更换渣浆泵后其叶轮需在水面以下2.91m，才能防止产生汽蚀。现水泵中心以上水面为2.4m，但加上吸水井水面提高的0.7m，则渣浆泵中心在水面以下：H=2.4+0.7=3.1m，能满足渣浆泵叶轮在水面以下2.91的要求，其水泵在运行中叶轮汽蚀现象基本可以消除，使渣浆泵提升水温较高的循环水冲渣得以正常运行^[2]。

3 结束语

　　在一些特定条件下自灌泵也会出现汽蚀，在设计时应根据实际情况进行修正。通过上述解决冲渣泵叶轮汽蚀现象的方法可以知道，地下式泵房其水泵安装高度，在确定了被提升的水温超过20℃时，尤其是超过50℃时，必须修正水泵允许吸上真空高度，以克服水温过高产生的汽化，保证冲渣水系统的正常运行满足生产要求。

参考文献：
　　[1]水泵及水泵站（第二版）北京：中国建筑工业出版社，1985．
　　[2]给水排水设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1985．

作者简介：
　　张 烜（1969－），男，汉族，给排水工程师，从事给排水设计，(0751)8786062。
　　肖 宏（1968－），女．汉族，给排水工程师，从事给排水设计。