锅炉给水泵过高富裕扬程的危害

　　1.富裕扬程情况调查

　　调查我厂锅炉，各参数见表1。

　　从表1中可知，各泵的富裕扬程普遍较高，其中燃煤炉和九机废热炉的水泵设计扬程约为锅炉规定使用压力的两倍。

　　2.水泵的额定扬程、实际扬程和富裕扬程

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　　人们希望锅炉实际使用的压力能够稳定并尽量接近规定使用压力(即安全阀的设定压力，用户自己确定)，但由于外界负荷的影响，锅炉工况是经常变化的，为了保证锅炉在规定使用压力时水泵都能正常供水，水泵额定扬程H泵的选择应以锅炉的规定使用压力为基本依据，并按下式确定其数值：

　　H泵=104p+H静+H阀+H系+H裕，m　　(1)

　　式中　p——锅炉的规定使用压力，MPa

　　104——水在70℃时，1MPa等于104m水柱高度

　　H静——运行前泵出口处水柱静压力，m

　　H阀——泵出口阀的正常阻力损失，m

　　H系——出口阀下游管路系统的沿程及局部阻力损失之和，m

　　H裕——水泵设计的富裕扬程，m

　　式中H裕主要考虑用于补偿泵漏水、内部回流、转速不足和扬程达不到设计值时的扬程降低，一般不作为较大幅度提高规定使用压力的扬程储备。在泵的实际运行中，泵不提供这一扬程，其实际扬程，H′泵永远只满足下式：

　　H′泵=104p′+H静+H′阀+H′系　　(2)

　　式中　p′——锅炉的实际压力(一般，≤规定使用压力),MPa

　　将式(1)、(2)相减得其实际富裕扬程为：

　　H′裕=H泵-H′泵

　　=104(p-p′)+(H阀-H′阀)+(H系-H′系)+H裕

　　在不调节出口阀的情况下，H阀—H′阀=O，H系-H′系=O，于是得：

　　H′裕=104(p-p′)+H裕　　(3)

　　式(3)表明，当实际使用压力低于规定使用压力时，实际富裕扬程将增大，往往使富裕扬程过高。

　　3.过高富裕扬程的危害

　　考虑留出适当的富裕扬程对泵的正常供水和锅炉的安全运行是必要的，但富裕扬程过高是有害的。在某些情况下，不仅仅是大马拉小车、效率下降的问题，也会因流量增大诱发汽化和汽蚀，影响正常供水;过度调节出口阀会造成很大的能量损耗，使泵体和管路系统产生强烈振动。下面我们利用图2对这一问题作一具体分析。假设图2中H-Q线上E点为泵的设计工作点，此时，泵的管网阻力特性曲线为c f，该点的扬程为HE，流量为QE，HE由式(1)确定。当锅炉在规定使用压力p处运行且出口阀全开时，管路的阻力特性曲线由c f变为c d，c d与H-Q的交点D为实际工作点，其扬程HD只用于提供在流量QD下进入锅筒的静态扬程(H静+104p)和克服局部阻力和沿程阻力损失的动态扬程，而不提供富裕扬程。但对设计工作点E点而言，该处流量和扬程都有富裕，可以调节。实际工作点与设计工作点偏离的原因就是由于设计富裕扬程HE-HF的存在。从图中可知，工作点由E变为D时，泵出流量由QE增至QD。根据水泵特性曲线可知，流量增大时会导致功率增加和效率变化。当富裕扬程较大而又未加调节时会使流量猛增，功率随之增加，效率可能降低;流量增至一定值时还会使泵产生气体，发生汽蚀和供水不足现象。此时人们往往不能正确作出判断，甚至认为是锅炉逆止阀倒汽。

　　触决这个问题的一般做法是调节出口阀门，减小开度(也可降速运行)，使实际工作点移至设计工作点，这时管路特性曲线变为c f。c f曲线明显变陡，泵的流量减少，扬程增大到设计值，泵处于理想运行状态。但根据原曲线cd知，泵只要供给原管路系统(阀保持原位)HF扬程时就可获得流量QE，而调节后在c f线上获得同一流量，泵必须提供HE扬程。由于原管路出口阀下游阻力情况无变化，因此扬程损失HE-HF必然是由于出口阀开度调小后在阀门上产生的。从图中可见，要使水泵在设计工作点工作，除了D点的富裕扬程HE-HD要消耗在出口阀关小的损失中外，流量由QD沿cd线减为QE所减小的阻力损失HD-HF也要重新消耗在出口阀调节的损失中，即设计工作点E的富裕扬程HE-HF要全部消耗在出口阀关小上。水泵的效率虽未降低，但管路损失增加了，整个系统的效率明显降低了。

　　以上所述为锅炉实际使用压力p′等于锅炉规定使用压力p时的情况，此时H′裕=H裕，没有增大。但大多数锅炉都是在偏离规定使用压力下运行的，尤其是冬季。根据式(3)知，这时的实际富裕扬程更大，图2曲线由c d降至a b，新的工作点为B，这时的流量更大，由此引起的问题也更加严重。要使泵在设计工作点附近运行，阀门的开度已很小，稍一开大就会发生汽蚀和振动，无法供水。流量变化引起压力变化，压力降低引起汽蚀。

　　富裕扬程过高造成汽蚀是锅炉上水中易发生的问题之一。流量增加使水的流速加快，泵内局部压力增大，当压力降至等于或小于水温对应的汽化压力时，水就会发生汽化。根据资料〔1〕，汽蚀余量Δhe按下式计算：

式中　pe——水箱液面压力，敝开式水箱为大气压，N/m2

　　ρg——给水的密度ρ×9.8，N/m3

　　pv——给水温度下，水的饱和蒸汽压力，N/m2

　　Hg——灌水压头，m

　　hw——吸入管路的能头损失，m

　　当流量增大时，吸入管路的能头损失hw增大，则有效汽蚀余量Δhe减小。当Δhe等于或小于泵的必需汽蚀余量Δhr时就会发生汽蚀。实验也证明泵的吸上真空高度Hs随流量的增加而下降。