新疆離心泵汽蝕安全裕量的討論

汽蝕是離心泵運轉進程中較常見的問題，會引起泵振蕩和噪音的添加、功能的下降、構成泵零部件的嚴峻損壞。只要全面、正確地了解離心泵的汽蝕功能、合理挑選安全裕量，才干保證其安全安穩運轉，并抵達預期的運用壽數。

安全裕量的大小，不僅涉及到離心泵能否長時刻安全安穩運轉，還直接影響到設備/設備的出資成本。本文是作者關于離心泵汽蝕問題所寫的第二篇專題文章，將搜集匯總不同規范/規范、一些世界同行對不同運用工況的離心泵汽蝕安全裕量的規則，并結合一些工程實踐，與大家共享特定工況及核電站首要用泵的汽蝕安全裕量運用經歷或要求，僅供同行們參考。

1關于汽蝕的幾個概念

1.1 汽蝕余量

ANSI/API610第11版規范界說如下:

NPSH又稱為凈正吸入壓頭，是從基準標高算起的泵絕對吸入總壓頭減去液體的汽化壓力。

1.2 設備汽蝕余量NPSHA

設備汽蝕余量又稱有用汽蝕余量、有用的凈正吸入壓頭，是與泵的操作體系有關的參數，等于液體抵達泵的進口時的壓頭減去汽化壓力頭后液體的剩余壓力頭。

1.3 必需汽蝕余量NPSHR

有必要汽蝕余量又稱有必要的凈正吸入壓頭，它是與泵本身的結構規劃有關的參數。必需汽蝕余量首要有三種:

?NPSH3:將揚程(榜首級葉輪)下降3%作為汽蝕的判別點，ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等規范所引薦，并被全球泵行業廣泛接受。丈量簡單，也比較牢靠。遍及運用于各種離心泵。

?NPSH0:將揚程行將開端快速下降、但下降為0%作為汽蝕的判別點，界說簡單，但丈量較困難。常用于軸流泵和混流泵。

?NPSHi(即NPSHincipient汽蝕初生):將榜首只汽泡產生時作為汽蝕的判別點，較NPSH3和NPSH0更嚴厲。界說簡單，但所需的丈量技能復雜、成本非常高。常用于葉輪進口流速較高的高吸入能量泵。
2NPSH裕量考慮的要素

NPSHA與NPSHR之間的差值稱為NPSH裕量;NPSHA與NPSHR之間的比值稱為NPSH裕量比。

在大多數泵體系中，NPSHA趨于跟著流量的添加而減小，而NPSHR趨于跟著流量的添加而添加。NPSH裕量考慮的要素較多，詳細如下:

2.1 葉輪進口流速

能夠經過下降葉輪進口液體流速來下降NPSHR值，它是轉速和葉輪進口直徑的直接函數。

2.2 葉輪進口直徑

能夠經過加大葉輪進口直徑來下降NPSHR值，從而添加葉輪該區域的靜壓頭。但是，較大的葉輪進口直徑會加重進口回流的影響，為此必需添加NPSH裕量。

2.3 吸入比轉速

吸入比轉速，是在最大葉輪直徑和給定轉速下、以最佳功率點的流量來核算的，是一個與離心泵吸入功能相關的指數。吸入比轉速是衡量一臺離心泵對內部回流的靈敏程度的評價尺度。

關于大多數泵規劃，一般將低于約145公制單位(7500 美制單位)的吸入比轉速值標明低值，而將高于約250公制單位(13000 美制單位)被以為高值。與較低的吸入比轉速泵規劃比較，較高的吸入比轉速泵更有或許遇到不良的噪音和振蕩，答應的運轉區間也變得較窄。

2.4 泵送介質的影響

?泵送介質中的磨蝕物在汽蝕工況下會明顯添加磨損率。

?少量夾帶氣體(1%至2%)能夠緩沖汽蝕汽泡坍塌產生的沖擊力，并能夠削減由此產生的噪音、振蕩和腐蝕損壞。

?液體中的添加劑或許會導致汽蝕損壞加重。

?液體的腐蝕性會加速汽蝕構成的危害。

2.5 運轉規模

葉輪一般規劃為在特定流量下運轉，當超出規則的流量規模運轉時，汽蝕的或許性會大大添加。關于經常在優先作業區(POR)外、但在答應作業區(AOR)內運轉的泵，需求運用較大的NPSH裕量/裕量比。

2.6 資料

葉輪能夠運用不同的資料制作。硬質塑料和復合資料一般是最不耐汽蝕的資料。鑄鐵和黃銅在常用金屬中的損壞最為嚴峻，而不銹鋼、鈦和鎳鋁青銅在相同的汽蝕條件下的損壞要小得多。

2.7 泵大小

與較小的泵比較，大型泵(葉輪進口直徑超越450mm)更簡單呈現汽蝕損壞問題。

2.8 運轉狀況

汽蝕損壞與時刻有關。泵在汽蝕條件下運轉的時刻越長，損壞程度越大。
3不同規范/規范對NPSH裕量的規則

3.1 UOP5-11-7規范

有必要有一個0.6米或NPSHA的15%的安全裕量，兩者之間取大值。而且該安全裕量包含在體系核算中，因而，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

3.2 ANSI/API610規范第11版

除了規則的NPSH3以外......一般期望有一個作業安全裕量，這個作業安全裕量足以在所有流量下(從最小接連安穩流量到最大預期運轉流量)保護泵免遭回流、汽蝕引起的損壞。賣方應當依據詳細的泵型和規則的運用條件引薦一個安全裕量。

3.3 GB/T16907-2014規范

NPSHA應有比NPSHR大10%的裕量，且該裕量不得小于0.5米。

3.4 ANSI/HI9.6.1-2012規范

規范針對不同運用的離心泵給出了引薦的最小裕量比或最小裕量值。

石油(烴類)流程泵

用于石油(烴類)服務的泵流程一般很安穩、且其蒸汽泡決裂(內爆速度較低)時開釋的能量較少，因而能夠以相對較低的NPSH裕量/裕量比成功運轉。在AOR內運轉時，主張在每個特定流量下，最小裕量比為1.1或最小裕量1.0 米，兩者取大值。

化工流程泵

化工流程泵一般具有以下特色:經常以各種不同的流量運轉、選用具有抗汽蝕資料的葉輪及NPSHA相對較低。

考慮到這些狀況，主張化工流程泵運用以下最低NPSH裕量:

a) 關于吸入比轉速＜210公制單位(11000美制單位)的泵，在AOR內運轉時，每個特定流量下的最小裕量比為1.1或最小裕量0.6米，兩者取大值。b) 關于吸入比轉速≥210公制單位(11000美制單位)的泵，在POR內運轉時，每個特定流量下的最小裕量比為1.1或最小裕量0.6米，兩者取大值;關于經常在POR外(但在AOR內)運轉的泵，每個特定流量下的NPSH裕量比應為1.2或1.0米的裕量，以較大者為準。
?電廠(非核)用泵

電廠用泵為水泵。與石油泵處理的碳氫化合物液體不同，冷水在蒸騰(閃蒸)時會急劇膨脹。當具有更高損壞能量的蒸汽泡決裂時，將導致更高的沖擊速度、對泵零部件構成嚴峻損壞;而熱水的特性類似于碳氫化合物液體。

典型的電廠運轉周期不是恒定的，泵的流量隨功率需求而改變很大。體系產生瞬變，或許導致泵吸入條件的快速改變，如壓力和溫度，關于鍋爐給水體系中的泵尤其如此。電廠中的其它泵一般不會遭到鍋爐水體系中的嚴峻瞬變的影響。


凝結水運用一般需求能夠在非常低的絕對壓力下運轉的泵，立式筒袋結構經過榜首級葉輪上方的水位供給NPSHA。關于這樣的運用，在最大流量下一般具有最小的NPSH裕量，而且泵有必要規劃成能夠接受一些汽蝕的狀況下運轉。榜首級葉輪應選用抗汽蝕資料。

循環/冷卻水泵一般具有低于26 m/s的葉輪進口圓周速度。

冷卻塔運用中的泵需求特別注意NPSH裕量。經過冷卻塔泵循環的水高度含氣，而且具有高濃度的溶解氧。為了抵達適宜的葉輪壽數，或許需求較大的裕量。因為泵送介質的腐蝕性，應該考慮挑選抗汽蝕的葉輪資料。

? 水/污水泵

經歷標明，當在POR內運轉時，NPSH裕量為1.0米足以抵擋大多數市政型水泵和污水泵運用中的汽蝕損壞。關于配有抗汽蝕資料制成的葉輪的泵，答應較低的NPSH裕量，請參見表2。

表2 - 水/污水泵NPSH裕量比/裕量

通用工業用泵

因為大多數通用工業泵都是在充溢抽吸的運用中運用的，因而，在沒有任何NPSH裕量的狀況下，泵在POR內的運轉一般不會對泵的內部零部件構成實質性損壞。主張最小NPSH裕量比為1.05或0.6米的裕量，以較大者為準。

在較寬的AOR規模內運轉時，主張最小NPSH裕量比為1.1或1.0米的裕量，以較大者為準。

4世界同行對NPSH裕量的規則

4.1SULZER公司

關于沒有規則汽蝕準則的泵，將揚程下降3%作為汽蝕的判別點。關于接連運轉的大多數運用工況，要求有足夠的安全裕量。這個要求的安全裕量:

?跟著葉輪進口處圓周速度的添加而添加。

?假如選用抗汽蝕資料，則安全裕量能夠恰當減小。

?跟著介質的腐蝕性添加而添加。

?取決于泵的運轉條件、型式以及泵送介質的溫度，例如介質為海水時，要求略微高一點的安全裕量;介質為烴類時，要求略微低一點的安全裕量。

關于單級揚程高的吸入葉輪，設備汽蝕余量應為必需汽蝕余量的SA倍，SA的近似取值規模參見圖1。其中，當葉輪選用抗汽蝕功能低的鑄鋼資料時，SA取上線;當葉輪選用抗汽蝕功能高的鉻鋼資料時，SA取下線。

4.2 EBARA公司

假如用戶沒有規則，關于VS6型泵，介質為水系時，EBARA公司NPSH裕量取0.6米;介質為油系時，NPSH裕量取0.3米。不過，在工程實踐中關于石化工況，用戶一般要求NPSH裕量抵達1米。

關于其它泵型，用戶沒有規則時，NPSH裕量一般不低于0.6米。

4.3 ITT公司

關于規范的低吸入能量泵，避免汽蝕產生的有用方法是保證體系的設備汽蝕余量大于泵的必需汽蝕余量;而關于在答應操作規模內運轉的高/很高吸入能量的泵，按美國水力學會ANSI/HI9.6.1規范的主張，有用汽蝕余量是必需汽蝕余量的1.2~2.5倍。

4.4 KSB公司

關于規范的低吸入能量泵，履行通用工業規范中的規則，NPSH裕量一般不低于0.6米。

關于高/很高吸入能量泵，特別是要求超長壽數的核電站重要用泵，其設備汽蝕余量比ANSI/HI 9.6.1規范規則的必需汽蝕余量的1.2到2.5倍要求更高。

5吸入能量的界說及對離心泵牢靠性的影響

5.1吸入能量的界說

離心泵的吸入能量 = 葉輪進口直徑(m)×泵轉速(rpm)×吸入比轉速(m3/s, m, rpm)×泵送液體的比重【將選用公制單位推導出的吸入能量乘以系數2033.07就等于美制單位推導出的吸入能量】。

確認吸入能量是一個非常復雜的進程，現在沒有開宣布單一的方程式或關系式精確地將所有這些要素聯系在一起。引薦的裕量比一般是泵的NPSHR值的1至5倍，較高的值適用于高/很高的吸入能量泵。

關于大多數離心泵規劃，吸入比轉速值低于約135公制單位(7000美制單位)一般標明吸入能量低，而高于約385公制單位(20000美制單位)則被視為吸入能量高。

關于端吸泵，將吸入能量≥78700公制單位(160×106美制單位)界說為高吸入能量泵;關于臥式水平中開雙吸泵，將吸入能量≥59000公制單位(120×106美制單位)界說為高吸入能量泵。很高吸入能量是高吸入能量值的1.5倍。為了便于估算，關于端吸型泵，能夠假定葉輪進口直徑大約是泵進口(法蘭)通徑的90%;而關于雙吸中開泵，葉輪進口直徑取泵進口(法蘭)通徑的75%。

5.2 吸入能量對離心泵牢靠性的影響

這種“吸入能量”概念的榜首次大規模驗證之一是將其運用于兩個工業工廠的現場維修記錄中，兩個工廠共有100大駕吸泵和中開泵。驗證的結果是，跟著“吸入能量”值的添加，泵的牢靠性下降。

依據對數百臺另外的離心泵的進一步經歷發現，低吸入能量泵不會因汽蝕或內部回流而產生噪音、振蕩或損壞，只要少數例外狀況。當處理磨蝕性或對泵結構資料有腐蝕性的液體時，即便這種低吸入能量汽蝕也會被放大而構成損壞。此外，在汽蝕氣泡構成進程中，在非常低的NPSH裕量條件下，空氣或蒸汽或許從液體中開釋出來，對機械密封產生晦氣的影響。

具有高吸入能量和低NPSH裕量的泵，尤其是在進口回流規模內(低于泵AOR)運轉時，或許會遭到具有低抗汽蝕性的葉輪資料(例如鑄鐵)的噪音、振蕩和/或細微汽蝕腐蝕損壞。

除了葉輪資料以外，有幾個變量能夠減輕高吸入能量條件下的汽蝕損壞。另外兩個首要的緩解要素是:榜首，夾帶氣體(空氣)含量接近1%，例如紙漿和一些污水運用;第二，不會產生大的汽蝕氣泡的液體(低熱力學液體)，例如碳氫化合物和熱水。

具有很高的吸入能量和較低的NPSH裕量的泵，特別是在進口回流規模內(低于泵AOR)運轉時，即便運用不銹鋼等抗汽蝕資料，也或許會遭到高振蕩和腐蝕損壞。

6特定工況及核電站首要用泵NPSH裕量比/裕量的運用經歷或要求

很多工程實踐證明，高/很高吸入能量泵需求比當前工業規范引薦的更高的NPSH裕量比/裕量，特別是具有高/很高吸入能量的冷卻塔水泵、核電站慣例島主給水泵等，上述文章中引薦的NPSH裕量比/裕量遠遠不能滿意葉輪規劃運用壽數要求。

6.1工業冷卻塔水泵

針對工業冷卻塔水泵，ANSI/HI 9.6.1規范中給出了引薦的最小NPSH裕量比。規范一起指出“高吸入比轉速泵，在高進口流速下運轉，或許會在振蕩較大的狀況下宣布噪音，假如沒有足夠的NPSH裕量，或許會呈現低于最佳泵壽數的狀況。”關于這種狀況，不主張運用引薦的NPSH裕量值。

文獻[8]~[10]對大型工業冷卻塔上的六臺大型全鑄鐵雙吸中開泵進行了詳細的分析研討，并發現:高/很高吸入能量泵需求比當前工業規范引薦的更高的NPSH裕量比。當確認泵具有較高的吸入能量時，假如泵吸入能量不能下降，則需求比規范中列出的更高的NPSH裕量。至少，應為其供給優質的葉輪資料或防汽蝕涂層，盡管這會導致更高的初始成本。

在沒有上述緩解要素中的狀況下，高吸入能量泵一般需求在AOR內具有1.5到2.0的最小NPSH裕量比;而關于很高吸入能量泵，在AOR規模內引薦的最小NPSH裕量比為2.0至2.5。

6.2百萬機組核電站慣例島主給水及其它重要用泵

核電站首要用泵的特色是需求在頻繁發動、測試形式、接連和瞬態條件下牢靠地運轉，文獻[6]引薦的最小裕量比為2.0至2.5，而文獻[2]卻沒有對該類用泵(如反應堆冷卻劑泵、上充泵、安噴安注泵、凝結水泵及很高吸入能量的慣例島主給水泵等)NPSH裕量比/裕量給出詳細規則。

主給水泵

該泵為單級雙吸、徑向剖分、蝸殼式泵，中心線支撐，經過齒輪箱(或液力偶合器)增速(或調速)來滿意所需求的功能。其首要參數如下:

葉輪進口直徑為0.375m(14.76英寸)，泵轉速為5112 rpm，吸入比轉速為188公制單位(9711美制單位)，介質的比重為0.8559。

因為主給水泵泵型結構與臥式中開雙吸泵結構近似(僅僅殼體剖分方式不同)，可參照上文中臥式水平中開雙吸泵“高吸入能量泵”的界說，很顯然，這是一個很高吸入能量的泵。

為了保證主給水泵在所有規則的運轉工況內均不產生汽蝕，一起為了滿意核電站對該泵60年的總體規劃運用壽數要求，KSB公司在經過40多年的規劃和運轉經歷后，總結出以NPSHi作為主給水泵的必需汽蝕余量，并據此挑選前置泵的揚程，見圖2。從圖中能夠看出，NPSH裕量比抵達4以上。

其實，世界上關于NPSHi的研討較早，但真正運用于核電站工程實踐的僅德國KSB一家。國內極個別同行以為圖2中的NPSHi曲線與傳統的汽蝕理論不符，是徹底過錯的，這只能說是缺少才智;還有人說NPSHi僅僅用于研討目的，實踐工程運用沒有意義。但是，德國KSB公司將NPSHi作為主給水泵的有必要汽蝕余量(并據此挑選前置泵揚程)、在經過很多工程實踐驗證后發現，葉輪(比通用泵選用慣例的NPSH裕量比/裕量)具有更長的運用壽數-正常狀況下可抵達100000小時以上。

在此，需求要點闡明的是:依據API610第11版的界說，主給水泵一起也屬于高能泵(單級揚程大于200米，且單級功率大于225 kW的泵)。而API610第12版規范明確規則“關于高能泵……依據汽蝕初生(NPSHi)而不僅僅是一般的NPSH3來確認恰當的NPSH裕量”。由此我們不得不供認:關于一些特別用途的要害用泵，KSB公司在規劃理念上的先進性。

反應堆冷卻劑泵

規格書中引薦的(在AOR規模內)最小NPSH裕量比為2。

低壓安注泵/安全殼噴淋泵(立式)

規格書一般要求在泵的運轉流量保證點(一般為最大流量點)的NPSH裕量不小于0.2米。

上充泵(立式多級)/中壓安注泵(臥式)

規格書要求NPSHR至少比NPSHA低10%，且NPSH裕量不小于0.5米。

凝結水泵

7總結

只要全面、正確地了解離心泵的汽蝕功能，才干科學合理地規劃或挑選出滿意用戶設備要求的產品。

接連運轉時，汽蝕對泵的損傷最大。

在確認NPSH裕量時，應考慮實踐工程運用經歷及資料、管道丟失、避免渦流所需的最小吞沒深度、運轉規模等要素。

NPSH裕量的確認，依據最低葉輪壽數的要求。

揚程下降3%作為汽蝕判別的開端能夠滿意通用壽數要求。即便泵的NPSHA大于NPSH3，也存在一定程度的汽蝕現象。其實，當榜首只氣泡產生時，汽蝕就現已產生，僅僅在不同吸入能量級的泵中所導致的損壞不同罷了。

低吸入能量泵一般能夠在NPSHR處或附近運轉，除了揚程下降3%以外，幾乎沒有汽蝕問題。假如沒有研磨劑或腐蝕劑，那么NPSH裕量比只需保證很少或沒有因汽蝕而丟失壓頭。在此條件下，最小NPSH裕量比為1.0~1.3就足夠了。

關于高或很高吸入能量泵，假如存在緩解要素，則在AOR內具有1.1至1.5的最小NPSH裕量比就足夠了。但是，關于冷水或溫水運用，在AOR內的最小NPSH裕量比應在1.5至2.0的規模內。假如運用具有“很高”的吸入能量，則在AOR內最小NPSH裕量比至少為2.0至2.5。

從葉輪進口液體中排出的少量的夾帶氣體或溶解氣體，能夠在較低的NPSH裕量下消除高吸入能量泵的振蕩和噪音。