鍋爐給水泵過高富裕揚程的危害

　　1.富裕揚程情況調查

　　調查我廠鍋爐，各參數見表1。

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　　從表1中可知，各泵的富裕揚程普遍較高，其中燃煤爐和九機廢熱爐的水泵設計揚程約為鍋爐規定使用壓力的兩倍。

　　2.水泵的額定揚程、實際揚程和富裕揚程

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　　人們希望鍋爐實際使用的壓力能夠穩定并盡量接近規定使用壓力(即安全閥的設定壓力，用戶自己確定)，但由于外界負荷的影響，鍋爐工況是經常變化的，為了保證鍋爐在規定使用壓力時水泵都能正常供水，水泵額定揚程H泵的選擇應以鍋爐的規定使用壓力為基本依據，并按下式確定其數值：

　　H泵=104p+H靜+H閥+H系+H裕，m　　(1)

　　式中　p——鍋爐的規定使用壓力，MPa

　　104——水在70℃時，1MPa等于104m水柱高度

　　H靜——運行前泵出口處水柱靜壓力，m

　　H閥——泵出口閥的正常阻力損失，m

　　H系——出口閥下游管路系統的沿程及局部阻力損失之和，m

　　H?！迷O計的富裕揚程，m

　　式中H裕主要考慮用于補償泵漏水、內部回流、轉速不足和揚程達不到設計值時的揚程降低，一般不作為較大幅度提高規定使用壓力的揚程儲備。在泵的實際運行中，泵不提供這一揚程，其實際揚程，H′泵永遠只滿足下式：

　　H′泵=104p′+H靜+H′閥+H′系　　(2)

　　式中　p′——鍋爐的實際壓力(一般，≤規定使用壓力),MPa

　　將式(1)、(2)相減得其實際富裕揚程為：

　　H′裕=H泵-H′泵

　　=104(p-p′)+(H閥-H′閥)+(H系-H′系)+H裕

　　在不調節出口閥的情況下，H閥—H′閥=O，H系-H′系=O，于是得：

　　H′裕=104(p-p′)+H?！　?3)

　　式(3)表明，當實際使用壓力低于規定使用壓力時，實際富裕揚程將增大，往往使富裕揚程過高。

　　3.過高富裕揚程的危害

　　考慮留出適當的富裕揚程對泵的正常供水和鍋爐的安全運行是必要的，但富裕揚程過高是有害的。在某些情況下，不僅僅是大馬拉小車、效率下降的問題，也會因流量增大誘發汽化和汽蝕，影響正常供水;過度調節出口閥會造成很大的能量損耗，使泵體和管路系統產生強烈振動。下面我們利用圖2對這一問題作一具體分析。假設圖2中H-Q線上E點為泵的設計工作點，此時，泵的管網阻力特性曲線為c f，該點的揚程為HE，流量為QE，HE由式(1)確定。當鍋爐在規定使用壓力p處運行且出口閥全開時，管路的阻力特性曲線由c f變為c d，c d與H-Q的交點D為實際工作點，其揚程HD只用于提供在流量QD下進入鍋筒的靜態揚程(H靜+104p)和克服局部阻力和沿程阻力損失的動態揚程，而不提供富裕揚程。但對設計工作點E點而言，該處流量和揚程都有富裕，可以調節。實際工作點與設計工作點偏離的原因就是由于設計富裕揚程HE-HF的存在。從圖中可知，工作點由E變為D時，泵出流量由QE增至QD。根據水泵特性曲線可知，流量增大時會導致功率增加和效率變化。當富裕揚程較大而又未加調節時會使流量猛增，功率隨之增加，效率可能降低;流量增至一定值時還會使泵產生氣體，發生汽蝕和供水不足現象。此時人們往往不能正確作出判斷，甚至認為是鍋爐逆止閥倒汽。

　　觸決這個問題的一般做法是調節出口閥門，減小開度(也可降速運行)，使實際工作點移至設計工作點，這時管路特性曲線變為c f。c f曲線明顯變陡，泵的流量減少，揚程增大到設計值，泵處于理想運行狀態。但根據原曲線cd知，泵只要供給原管路系統(閥保持原位)HF揚程時就可獲得流量QE，而調節后在c f線上獲得同一流量，泵必須提供HE揚程。由于原管路出口閥下游阻力情況無變化，因此揚程損失HE-HF必然是由于出口閥開度調小后在閥門上產生的。從圖中可見，要使水泵在設計工作點工作，除了D點的富裕揚程HE-HD要消耗在出口閥關小的損失中外，流量由QD沿cd線減為QE所減小的阻力損失HD-HF也要重新消耗在出口閥調節的損失中，即設計工作點E的富裕揚程HE-HF要全部消耗在出口閥關小上。水泵的效率雖未降低，但管路損失增加了，整個系統的效率明顯降低了。

　　以上所述為鍋爐實際使用壓力p′等于鍋爐規定使用壓力p時的情況，此時H′裕=H裕，沒有增大。但大多數鍋爐都是在偏離規定使用壓力下運行的，尤其是冬季。根據式(3)知，這時的實際富裕揚程更大，圖2曲線由c d降至a b，新的工作點為B，這時的流量更大，由此引起的問題也更加嚴重。要使泵在設計工作點附近運行，閥門的開度已很小，稍一開大就會發生汽蝕和振動，無法供水。流量變化引起壓力變化，壓力降低引起汽蝕。

　　富裕揚程過高造成汽蝕是鍋爐上水中易發生的問題之一。流量增加使水的流速加快，泵內局部壓力增大，當壓力降至等于或小于水溫對應的汽化壓力時，水就會發生汽化。根據資料〔1〕，汽蝕余量Δhe按下式計算：

式中　pe——水箱液面壓力，敝開式水箱為大氣壓，N/m2

　　ρg——給水的密度ρ×9.8，N/m3

　　pv——給水溫度下，水的飽和蒸汽壓力，N/m2

　　Hg——灌水壓頭，m

　　hw——吸入管路的能頭損失，m

　　當流量增大時，吸入管路的能頭損失hw增大，則有效汽蝕余量Δhe減小。當Δhe等于或小于泵的必需汽蝕余量Δhr時就會發生汽蝕。實驗也證明泵的吸上真空高度Hs隨流量的增加而下降。