一種基于前置冷凝式汽氣分離裝置的水環(huán)真空泵系統(tǒng)

王潤全

摘? 要：為了從根本上提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能，該研究從現(xiàn)有水環(huán)真空泵系統(tǒng)存在缺點(diǎn)的實(shí)際角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一款水環(huán)式機(jī)械真空泵前置式擴(kuò)壓降溫裝置。該文主要對一種基于前置冷凝式汽氣分離裝置的水環(huán)真空泵系統(tǒng)進(jìn)行分析，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，提高這個系統(tǒng)的工作性能。

關(guān)鍵詞：水溫;噴射器;壓力;水汽

中圖分類號： TM621.7? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

為了從根本上提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能，該研究從現(xiàn)有水環(huán)真空泵系統(tǒng)存在缺點(diǎn)的實(shí)際角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一款水環(huán)式機(jī)械真空泵前置式擴(kuò)壓降溫裝置，通過應(yīng)用這種裝置，從根本上增強(qiáng)真空泵的工作效果，進(jìn)而提升水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作性能。

該次研究為改良水環(huán)真空泵系統(tǒng)的性能，設(shè)計(jì)了一款水環(huán)式機(jī)械真空泵前置式擴(kuò)壓降溫裝置，這種裝置的工作原理是利用其內(nèi)部的射水式空氣引射裝置補(bǔ)充因?yàn)檠b置排汽而損失的水，同時將熱量回收，進(jìn)而補(bǔ)充系統(tǒng)的水溫，同時通過擴(kuò)壓降溫裝置的真空除氧作用使除鹽水補(bǔ)水的質(zhì)量得到提升。

1 現(xiàn)階段水環(huán)真空泵系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

1.1 大氣噴射器

大氣噴射器裝置巧妙地利用了空氣，為了增強(qiáng)真空泵的入口抽吸壓力，避免純機(jī)械構(gòu)造的真空泵內(nèi)部的工作液由于溫度過高而產(chǎn)生氣化現(xiàn)象，條件是需要犧牲一部分驅(qū)動水環(huán)式機(jī)械真空泵的電機(jī)功耗。為了最大程度地保證真空泵葉輪工作的有效性，可以盡量避免由于工作液氣化對真空泵葉輪產(chǎn)生的腐蝕情況，不過對于提升真空泵抽升極限壓力并不存在實(shí)際作用[1]。因?yàn)檫@種大氣噴射器裝置在工作時會抽取空氣，對于整個系統(tǒng)來說等于增加了一部分額外的氣體，系統(tǒng)內(nèi)部氣體量的增加會增加真空泵的功耗，在系統(tǒng)運(yùn)作過程中真空泵的電流會高達(dá)20 A，附加功率高達(dá)10 kW/h。雖然這樣做可以使水環(huán)式真空泵的可靠性得到增強(qiáng)，但是對于真空泵的抽吸效果并沒有實(shí)際改善，如圖1所示。

1.2 輔助強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)

使用輔助強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)可以有效降低水環(huán)式機(jī)械真空泵工作液的溫度，進(jìn)而使機(jī)械真空泵的抽吸效果增強(qiáng)，同時最大程度上降低水汽的損失量[1]。這樣的做法無疑是在最大程度上控制了系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的氣化液擴(kuò)散，防止其影響機(jī)械真空泵，進(jìn)而有效解決了由于工作液氣化損壞機(jī)械真空泵葉輪的現(xiàn)象。盡管該設(shè)備擁有出眾的工作效果，但是輔助強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)需要占用很大的面積，同時需要高額的成本[1]。能耗很高，每一套輔助強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)機(jī)組的用電功率高達(dá)600 kW/h，空調(diào)機(jī)組進(jìn)行冷卻作業(yè)時需要大量的水，采用技術(shù)改造的方式很難解決問題，需要仔細(xì)考慮工作現(xiàn)場的實(shí)際情況，進(jìn)而決定是否使用輔助強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，如圖2所示。

2 該次設(shè)計(jì)的目標(biāo)

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)目標(biāo)的可靠性，通過列舉4種工況的效果進(jìn)行對比。

夏季系統(tǒng)的的壓強(qiáng)需要達(dá)到33 kPa，除鹽水補(bǔ)水溫度需要達(dá)到25 ℃，水壓0.45 kPa[2]。

2.1 除鹽水計(jì)算

系統(tǒng)的實(shí)際工作功率在660 MW的條件下，此時真空泵抽吸量最大為500 kg/h，裝置壓強(qiáng)33 kPa，飽和狀態(tài)下溫度為71.148 ℃，冷水可降低抽氣溫度約10 ℃，對射水式空氣引射器所需要的射水量進(jìn)行計(jì)算。

由此得知，在除鹽水溫為25 ℃，同時真空泵抽出的氣體中存在大量氣化水的條件下，如果以1 h計(jì)時則需要7.86473 t除鹽水在壓強(qiáng)為33 kPa的條件下可以完成所有氣化水向冷凝水的轉(zhuǎn)化。當(dāng)壓強(qiáng)下降至21.2 kPa時，要完成同樣的工作量則上述條件不能成立，如果機(jī)組的補(bǔ)水率為1%，則在計(jì)時不變的條件下則需要22 t除鹽水[2]。

2.2 水蒸氣攜帶熱量

真空泵的最大抽吸量為500 kg/h，除鹽水溫25 ℃，輸入速率22 t/h，以此來作為空氣引射水的來源，此時氣化水會出現(xiàn)凝結(jié)，轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，計(jì)算氣化水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水后的溫度：

在與上述溫度、抽吸量相同的條件下，轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)為7 kPa，可以計(jì)算出h終=214.7565 kJ/kg，水溫39.02 ℃，此時氣態(tài)水將轉(zhuǎn)化為濕蒸汽。轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)升高至14 kPa時，此時濕蒸氣會轉(zhuǎn)化為液態(tài)冷水，轉(zhuǎn)化過程中水蒸氣攜帶的熱量：

2.3 抽氣熱量

如果此時氣體全部為干空氣，不含有一點(diǎn)水蒸氣，仍然使用除鹽水，速率為22 t/h，由此可進(jìn)行如下計(jì)算：

2.4 飽和水蒸汽回收熱量

如果在抽吸氣體全部為干空氣的條件下，需要將冷卻水的量需要減少到原來的1/2，除鹽水噴射速率11 t/h，74.148 ℃的不凝結(jié)氣體會降至25.53 ℃。抽氣熱量為24.5322 MJ/h。

在理想條件下，對于不同狀態(tài)的氣體混合物，使用25℃溫度條件下系統(tǒng)補(bǔ)水實(shí)現(xiàn)對抽氣裝置的擴(kuò)壓冷卻。壓強(qiáng)33 kPa，引射水量22 t/h，抽氣溫度從25.267 ℃降至38.356 ℃，干空氣補(bǔ)水回收熱量24.6708 MJ/h ，飽和水蒸氣補(bǔ)水回收熱量1 233.58889 MJ/h。

無論是在干空氣狀態(tài)下還是飽和水蒸汽狀態(tài)下，將除鹽水量減少至原來的1/2時，此時干空氣回收熱量24.5322 MJ/h，飽和水蒸汽回收熱量1 206.771555 MJ/h [2]，見表1。

3 結(jié)論

該次設(shè)計(jì)的水環(huán)式機(jī)械真空泵前置式擴(kuò)壓降溫裝置可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的降溫?cái)U(kuò)壓，提高系統(tǒng)作業(yè)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]李紅，段偉，王華金，等.真空變壓吸附制氧工藝設(shè)備選型及設(shè)計(jì)[J].四川化工，2020，23（1）：42-44.

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