張 烜，肖 宏
（廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣東 曲江 512123）

　　摘要：一些小高爐的沖渣水在循環(huán)運(yùn)行過程中，由于沒有冷卻設(shè)施，循環(huán)水溫較高，若水泵安裝高度不合適，易使水泵產(chǎn)生汽蝕，造成水泵運(yùn)行效率降低，需經(jīng)常更換葉輪，給生產(chǎn)和管理帶來不便。本文根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算指出，當(dāng)水溫高于50℃時(shí)必須修正泵的允許吸上真空高度。
　　關(guān)鍵詞：高爐沖渣；水泵；汽蝕；葉輪
　　中圖分類號(hào)：TU992.25
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
　　文章編號(hào)：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

　　我國(guó)地方鋼鐵企業(yè)的煉鐵廠，由于受場(chǎng)地、投資等條件的限制，一些小高爐的沖渣水循環(huán)系統(tǒng)中均未設(shè)置專用冷卻設(shè)施（如冷卻塔），僅靠平流沉渣池的表面散熱來降低沖渣水的溫度，致使高爐沖渣水在循環(huán)使用中，水溫過高，水泵安裝高度稍有不適，將會(huì)使水泵產(chǎn)生汽蝕。本文以國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)的煉鐵廠為實(shí)例，就高爐沖渣泵產(chǎn)生汽蝕的原因及解決方法作一簡(jiǎn)單介紹。

1 汽蝕產(chǎn)生的原因

1.1 高爐沖渣泵運(yùn)行現(xiàn)狀
　　該煉鐵廠己有的沖渣泵房為地下式泵房。其泵房地面標(biāo)高為-6.00m，內(nèi)設(shè)兩臺(tái)14sh-9A型水泵（一用一備），供一座350m³高爐沖渣用水。沖渣后的水（水溫已升高）經(jīng)沖渣溝流入平流沉渣池冷卻后，進(jìn)入吸水井，吸水井水面標(biāo)高為-2.80m，水泵中心標(biāo)高為-5.20m，即水泵吸水管以上水體高度為2.40m。
　　當(dāng)沖渣泵房的水泵在提升沖渣水的運(yùn)行過程中，由于水溫較高且水中含有浮渣，新?lián)Q上的葉輪運(yùn)行20～60d左右后，因汽蝕水泵出口水壓就由開始運(yùn)行的P=0.5MPa降至0.2MPa，造成水泵出水水壓、水量不能滿足正常要求，故需頻繁更換葉輪，使檢修量增大，供水可靠性差，給生產(chǎn)和管理帶來很大困難。

1.2 汽蝕產(chǎn)生的原因分析
　　據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，沖渣泵房吸水井內(nèi)淤泥沉積較多并有浮法。循環(huán)水水溫高，僅靠平流沉渣池的表面散熱難以降低水溫。特別是在夏季，沖渣水溫最高達(dá)80℃，是沖渣泵更換葉輪最頻繁的時(shí)期，被更換下的葉輪磨損較多，有蜂窩狀的麻點(diǎn)和小孔。這是因?yàn)闆_渣水水溫過高使水泵吸水管內(nèi)結(jié)垢，斷面減小，吸水阻力加大，現(xiàn)有水泵允許吸上真空高度安裝不合適等因素，造成水泵汽蝕，運(yùn)行效率降低。但主要原因是水泵安裝高度不夠。因吸水井水面、水泵中心兩者標(biāo)高的關(guān)系，這樣葉輪以上水的靜壓為0.024MPa。而水溫升高使水的飽和蒸氣壓力變大，當(dāng)水泵葉輪進(jìn)口低壓區(qū)的壓力等于或小于該溫度下的水的飽和蒸氣壓力時(shí)，水就大量汽化，同時(shí)，原先溶解在水里的氣體也自動(dòng)逸出，出現(xiàn)“冷沸”現(xiàn)象，氣泡隨水流進(jìn)入葉輪中壓力升高的區(qū)域時(shí)，氣泡突然被四周水壓壓破，水流因慣性以高速?zèng)_向氣泡中心，在氣泡閉合區(qū)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部水錘現(xiàn)象，其瞬間的局部壓力，可以達(dá)到幾十兆帕，這樣使葉輪金屬表面承受著每秒數(shù)萬次的局部水錘作用，經(jīng)過一段時(shí)期后，金屬就產(chǎn)生疲勞，金屬表面開始呈蜂窩狀，隨之，應(yīng)力更加集中，葉片出現(xiàn)裂縫和剝落。與此同時(shí)，由于水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側(cè)壁與底之間產(chǎn)生電位差，引起電化腐蝕，使蜂窩加大，最后使葉輪穿孔，達(dá)到完全蝕壞的程度，這樣勢(shì)必造成水泵出口水量減少和水壓降低^[1]。

2 解決汽蝕的方法

　　為防止沖渣泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，解決的辦法是正確確定水泵安裝高度或降低水溫。關(guān)于水溫對(duì)沖渣泵汽蝕的影響，通過對(duì)國(guó)內(nèi)一些煉鐵廠高爐沖渣水的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，設(shè)有冷卻設(shè)施的高爐沖渣水系統(tǒng)，其提升沖渣水的沖渣泵運(yùn)行效果良好，未出現(xiàn)水泵葉輪汽蝕現(xiàn)象，無冷卻設(shè)施的高爐沖渣水系統(tǒng)，其沖渣泵葉輪汽蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以說降低水溫是解決沖渣泵葉輪汽蝕的一種方法。
　　但因該廠沖渣泵房系統(tǒng)為已有，且沖渣水量Q=1000m³/h，要降低水溫其工程需新建冷卻設(shè)施，投資大且無建造構(gòu)筑物的場(chǎng)地，只能通過調(diào)整水泵安裝高度來解決。

　　2.1 沖渣泵安裝高度的確定
　　一般水泵安裝高度H_安是按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和水溫t=20℃的狀況下確定的。因此當(dāng)沖渣水在水溫t=80℃時(shí)工作狀態(tài)下，要修正允許吸上真空高度。
　　修正允許吸上真空高度：
　　　　H_s‘=H_s-(10.3－h(huán)_a)-(h_t-0.24)=2.5-4.82+0.24=-2.08m
　　式中：H_s‘－修正后允許吸上真空高度；
　　　　　H_s－水泵允許吸上真空高度（該泵銘牌上標(biāo)明為2.5m）；
　　　　　h_a－安裝點(diǎn)實(shí)際大氣壓，取h_a=10.3m；
　　　　　h_t－飽和蒸汽壓，見表1。按水溫t=80℃計(jì)，取h_t=4.82m；
　　(h_t-0.24)是對(duì)水溫的修正，當(dāng)水溫大于20℃時(shí)允許吸上真空高度比銘牌上的數(shù)值要小，如不經(jīng)修正水泵安裝仍以H_s為依據(jù)，水泵的運(yùn)行效果及安全就得不到保證。

　　水泵安裝高度：
　　　　H_安=H_s‘-V²/2g-h_s
　　式中：h_s－吸水管和吸水頭的水頭損失之和，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；
　　根據(jù)上述計(jì)算，沖渣水泵高度須在水面以下3.66m才能克服汽化壓力，防止產(chǎn)生汽蝕。但該廠的沖渣泵葉輪在水面下2.4m處，即葉輪進(jìn)口處的水壓小于沖渣水t=80℃時(shí)產(chǎn)生的汽化壓力，這就是造成水泵葉輪汽蝕的主要原因^[2]。
2.2 解決沖渣泵汽蝕的措施
　　該廠的現(xiàn)有沖渣泵葉輪中心標(biāo)高及吸水井己不可能改變，只能按實(shí)際情況來解決沖渣泵葉輪汽蝕問題，具體采取了以下措施：
　?。?）更換水泵，將14Sh-9A型水泵更換成葉輪為耐磨的12/10ST-AH型灌漿泵，其H_s=3m。
　?。?）更換水泵吸水管，由DN500改為DN600，吸水管道局部和沿程阻力損失可減少0.25m。
　　（3）提高吸水井水面，將溢流口標(biāo)高提高0.7m。
　　采取以上三種措施后，計(jì)算渣漿泵葉輪中心以上還需多少液位差：
　　按t=80℃，取h_t=4.82m允許吸上真空高度：
　　　　H_s‘=H_s-(10.3-h_a)-(h_t-0.24)
　　　　　 =3.0-4.82+0.24=-1.58m
　　渣漿泵安裝高度：
　　　　H_安=H_s‘-V²/2g-H_s=-1.58-0.33-1
　　　　　 =-2.91m
　　由此可見更換渣漿泵后其葉輪需在水面以下2.91m，才能防止產(chǎn)生汽蝕?，F(xiàn)水泵中心以上水面為2.4m，但加上吸水井水面提高的0.7m，則渣漿泵中心在水面以下：H=2.4+0.7=3.1m，能滿足渣漿泵葉輪在水面以下2.91的要求，其水泵在運(yùn)行中葉輪汽蝕現(xiàn)象基本可以消除，使渣漿泵提升水溫較高的循環(huán)水沖渣得以正常運(yùn)行^[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　在一些特定條件下自灌泵也會(huì)出現(xiàn)汽蝕，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。通過上述解決沖渣泵葉輪汽蝕現(xiàn)象的方法可以知道，地下式泵房其水泵安裝高度，在確定了被提升的水溫超過20℃時(shí)，尤其是超過50℃時(shí)，必須修正水泵允許吸上真空高度，以克服水溫過高產(chǎn)生的汽化，保證沖渣水系統(tǒng)的正常運(yùn)行滿足生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]水泵及水泵站（第二版）北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985．
　　[2]給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985．

作者簡(jiǎn)介：
　　張 烜（1969－），男，漢族，給排水工程師，從事給排水設(shè)計(jì)，(0751)8786062。
　　肖 宏（1968－），女．漢族，給排水工程師，從事給排水設(shè)計(jì)。