疏水裝置對(duì)蒸汽真空泵的重要作用及疏水系統(tǒng)優(yōu)化

王 杰

（太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠， 山西 太原 030001）

在冶金設(shè)備中，爐外精煉采用的RH 以及不銹鋼冶煉采用的VOD 大多都依靠蒸汽泵來實(shí)現(xiàn)低真空脫碳和脫氣。所謂的蒸汽泵就是利用蒸汽在拉瓦爾噴嘴中加速流動(dòng)并絕熱膨脹對(duì)外做功，如圖1 所示。被抽氣體與混合室出現(xiàn)壓力差，從而使得被抽氣體向混合室流動(dòng)，這個(gè)過程整個(gè)氣體壓力降低，速度迅速增加至超音。

圖1 蒸汽單級(jí)噴射泵工作原理

工作蒸汽同被抽的廢氣在混合室中進(jìn)行相應(yīng)能量的交換，超過音速的蒸汽流對(duì)被抽的廢氣做功，使廢氣速度迅速增加，工作蒸汽帶著被抽廢氣進(jìn)入到擴(kuò)壓器。

在擴(kuò)壓器中，被抽廢氣與蒸汽在能量交換的同時(shí)逐漸被壓縮，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，到擴(kuò)壓器喉部時(shí)混合氣體速度降到音速，壓力隨之升高，經(jīng)過擴(kuò)張段混合氣體速度仍然下降，到亞音速，隨著壓力繼續(xù)升高，將被抽廢氣送入下一級(jí)噴射器吸氣口。從蒸汽泵的工作過程和原理來看，蒸汽要進(jìn)行能量交換，動(dòng)能與勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)換是必需要相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，蒸汽的含水量造成很多狀態(tài)變化，從而嚴(yán)重影響蒸汽在拉瓦爾噴射泵中正常工作。

1 蒸汽含水量對(duì)真空度的影響

拉瓦爾噴嘴中噴出水蒸汽中的水使整個(gè)汽流吸、放大量的汽化潛熱，導(dǎo)致整個(gè)汽流總溫、速度和壓力也相應(yīng)變化。蒸汽中水所吸、放的潛熱量相當(dāng)大，幾乎與工作蒸汽用于做功的能量相當(dāng)。

蒸汽流中含有水珠的情況下，水珠速度低，蒸汽速度高，蒸汽需要將動(dòng)能傳遞給水珠，顯而易見水分在運(yùn)行過程中損耗能量，使得從噴嘴出來的蒸汽流速度無法達(dá)到理想狀態(tài)。

蒸汽中的水分與廢氣中的大量粉塵混合，形成糊狀物，在噴嘴的擴(kuò)張段與泵殼的混合室和擴(kuò)壓器的壁上形成大量積垢。且水珠在真空超音速下極易出現(xiàn)結(jié)冰，特別是在第一級(jí)增壓泵中，由于噴嘴喉口較小，造成冰塞。

綜上述，造成如下影響：

1）蒸汽利用率差，導(dǎo)致蒸汽泵抽氣能力下降，蒸汽做功不足，不能達(dá)到理想卷帶效果，提供動(dòng)力不夠。

2）蒸汽動(dòng)能損耗，導(dǎo)致收縮段動(dòng)能轉(zhuǎn)換為位能的效率降低，蒸汽泵能力下降，造成下一級(jí)真空泵壓縮比改變，從而破壞整體平衡。

3）管道中集聚大量冷凝水，出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，啟動(dòng)真空泵過程中造成噴嘴斷裂。

4）蒸汽含水量大可能引起噴嘴的結(jié)冰，造成增壓泵失效。

5）噴嘴和泵殼出現(xiàn)大量的積垢，改變泵整體尺寸結(jié)構(gòu)，蒸汽做無用功，不但在增壓泵中不起作用，反而增大了廢氣量。

2 疏水裝置現(xiàn)場(chǎng)合理布置

蒸汽中的含水量，決定蒸汽泵抽氣能力與性能穩(wěn)定，合理進(jìn)行疏水管線布置，可以得到適合的干蒸汽且保證做功形成的水及時(shí)排掉。如下頁圖2 所示，對(duì)管網(wǎng)來汽通過汽水分離器配合安裝疏水閥進(jìn)行排水，在蒸汽分配包后端安裝疏水閥，再在B1、B2 和B3 增壓泵的汽室安裝疏水閥，共5 個(gè)疏水閥。

圖2 五級(jí)真空泵布置圖

3 疏水閥門的選型

3.1 疏水閥門種類

基于蒸汽和凝結(jié)水密度差、溫度差和相變?nèi)齻€(gè)原理有三種類型的疏水閥：機(jī)械型疏水閥、熱靜力型疏水閥、熱動(dòng)力型疏水閥，如表1。

表1 疏水閥門種類對(duì)比

3.2 現(xiàn)場(chǎng)使用條件及合適選型

1）中壓蒸汽管道，需要冷凝水迅速完全排出。

2）冷凝水排量較大。

3）對(duì)于B1、B2 和B3 增壓泵在未開啟時(shí)，必須防止真空泄漏。

4）廢氣中粉塵含量較高，疏水閥門應(yīng)該具有較高抗污性能。

通過各個(gè)條件下進(jìn)行對(duì)比比較，機(jī)械式的倒吊桶疏水閥門在冶金的蒸汽真空泵系統(tǒng)中使用比較理想。

4 疏水系統(tǒng)優(yōu)化

冶金設(shè)備使用環(huán)境的惡劣，特別是對(duì)于用于不銹鋼冶煉的VOD 真空系統(tǒng)中增壓泵的疏水閥門面對(duì)更為普遍的問題：

1）真空系統(tǒng)破空時(shí)，疏水閥吸入大量粉塵，導(dǎo)致粉塵堵塞。

2）真空泄露，影響系統(tǒng)真空度極限抽氣速度，由于冶煉工藝要求在某一時(shí)段僅啟用4 級(jí)和5 級(jí)真空泵，B1、B2 和B3 的疏水閥就是漏點(diǎn)，并且還會(huì)導(dǎo)致疏水閥內(nèi)部結(jié)冰堵塞。

針對(duì)這些問題，可以通過對(duì)疏水系統(tǒng)增設(shè)輔助原件進(jìn)行配合優(yōu)化，如圖3 所示，對(duì)疏水閥門配合逆止閥安裝使用，并且在疏水閥前安裝氣動(dòng)控制閥門，在真空系統(tǒng)破空前首先對(duì)疏水閥門內(nèi)部進(jìn)行破空，防止真空系統(tǒng)破空時(shí)，因疏水閥內(nèi)部壓力低于系統(tǒng)關(guān)系壓力而導(dǎo)致粉塵進(jìn)入疏水閥。

圖3 增壓泵疏水系統(tǒng)優(yōu)化圖

5 結(jié)語

蒸汽質(zhì)量嚴(yán)重影響蒸汽噴射泵效率，含水量作為重要因素，必須做好控制，只有這樣才能更好地降低蒸汽能耗。針對(duì)冶金環(huán)境造成設(shè)備備件異常，通過對(duì)蒸汽真空泵的疏水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使得系統(tǒng)缺陷得到彌補(bǔ)，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝。