引水罐的设计及其在自吸泵上的应用

陈 隆

(黔西县黔希煤化工投资有限责任公司 贵州黔西 551500)

1 自吸泵水罐加装改造背景

1.1 WFB型自吸泵结构及工作原理

WFB型自吸泵结构示意见图1。

图1 WFB型自吸泵结构示意

该类型自吸泵属于气液混输自吸泵，其工作原理：立式自吸泵蜗室上不开回流孔，液体在重力作用下沿蜗室流道回流至叶轮外缘与气体反复混合，由于叶轮旋转作用，吸入管路的空气和水充分混合，并被排至气液分离室；气液分离室上部的气体溢出，下部的水返回叶轮，重新与吸入管路的空气混合，在吸入管内形成真空，直至将泵及吸入管内的气体全部排出，完成自吸，并正常抽水。该泵采用副叶轮作为轴封，泵体中液体与大气连通。为防止停运后泵中液体虹吸至入口管道中，在泵入口设有与大气相通的电磁控制阀，停泵时开启该阀，与大气连通，这样水泵停转后，泵体内存有一定量的水，便于下次启动，实现一次灌泵“终身自吸”。

1.2 WFB型自吸泵使用状况

黔西县黔希煤化工投资有限责任公司的废水处理单元采用多效蒸发结晶技术(正常处理能力为10 m3/h)，主装置产生的所有含盐废水进入含盐废水缓冲池后，通过上料泵(50WFB-B-2型自吸泵)P-4713A/B将含盐废水先后送入原料预热器、二效加热室、二效分离室、一效加热室、一效分离室等，分离出结晶盐和二次冷凝水，结晶盐袋装后供砖厂再利用，二次冷凝水送至蒸汽动力厂或送至污水厂终端处理达标后排放。含盐废水缓冲池内溶液的pH为3～4，主要组分为盐(以硝酸钠和亚硝酸钠为主)1%～2%(质量分数)，化学需氧量(COD)为7 000～8 000 mg/L，氨氮质量浓度<200 mg/L。含盐废水一旦不能进入多效蒸发系统进行盐水分离，除了增大污水处理厂的水处理负荷及消耗外，还会造成严重的环保问题。

虽然废水处理单元一直运行良好，没有出现过环保问题，但对于上料泵来说，疑难问题不断出现。该泵设计流量为12.5 m3/h，正常流量为10 m3/h，但随着使用时间的延长，设备性能明显下降，后期的输送流量始终为8～9 m3/h；泵启动困难，耗时30 min以上才能启动，甚至启动不正常；每倒一次泵要反复拆检，每3个月要更换一次电磁控制阀。针对存在的问题，曾在吸水管底部加装底阀，但未能从根本上解决问题，启泵困难及流量不足等问题仍未得到改善。

2020年4月8日18：00左右，点检发现P-4713B电动机发出异常声响，检查后判定为电动机轴承损坏，更换电动机轴承原样回装启泵后，仍不能正常吸水输送。4次反复拆检结果均未发现有部件损坏，叶轮流道及泵体内盐垢也已完全清理干净，但泵始终不能正常吸水。鉴于该泵一直困扰环保设施的正常运行，根据真空引水装置在卧式离心泵上的成功应用，决定自制引水罐对该自吸泵进行加装改造。

2 自制引水罐的设计计算

泵前真空引水罐是一种水泵吸水设备，也称为真空罐、引水筒、自动引水装置，是一个密封的罐体。采用真空引水罐引水的工作原理：在水池和泵之间的吸入管路上安装1只密封的水罐，在启动水泵之前，注满引水罐(泵内也注满水)，当水泵启动后，水泵会先抽取真空罐内的水，引水罐内的液位下降，罐内和吸入管内形成真空，压力低于水池液面的大气压力，此时水池内的水就会沿着吸入管进入引水罐；当水泵的排液和吸入管路的进液达到平衡时，真空罐内的液位就不再下降，达到稳定工作状态，此时泵也达到了额定工作状态；停泵后，排水管内的水流回引水罐，下次启动无需再次灌泵即能启动。

参照文献[1]中引水桶的设计，同时根据该泵设计数据表，查得设计流量、物料参数等，应用引水桶设计相关公式，在Excel办公软件上进行公式设置，计算得到引水罐净空高为716 mm、容积为0.086 m3，设计计算符合罐高与其直径之比为1.2～1.8的要求[2]。

3 引水罐型式的选取与自制简图

一般要求引水罐的实际容积大于设计容积。由泵实际安装简图(见图2)可知，自吸泵自密封处溢流堰高距实际安装地平面为720 mm，在引水罐内加水，此处溢流即为引水罐加满，据此决定采用DN 400 mm、净空高为720 mm的引水罐，容积为0.09 m3，罐高与其直径之比为1.8，符合要求。

1.止回阀 2.止回阀芯 3.出口法兰 4.轴 5.副叶轮6.叶轮 7.泵体 8.进口法兰 9.电磁控制阀 10.锁紧螺母11.电动机架 12.电动机 13.自密封溢流堰图2 泵实际安装简图

引水罐采用顶吸式，是由注水阀、排气阀、排污阀、罐体、引水管口及泵入口管等组成的气密性良好的密闭装置，罐顶采用法兰及盲板封闭，便于打开清理长期运行后罐内积累的盐垢。引水罐结构简图见图3。

4 引水罐安装布置及其工艺流程

4.1 引水罐的安装布置

引水罐的布置原则是尽量靠近水池，以缩短引水罐的引水管长度。泵及引水罐布置简图见图4，引水罐实际安装示意见图5。

4.2 引水工艺流程[3]

水泵首次启动前，打开注水阀向引水罐及泵进行缓慢注水，同时打开排气阀向外界排气，直至水从自吸泵自密封溢流堰处溢流稳定后停止注水，关闭注水阀和排气阀。

图3 引水罐结构简图

图4 泵及引水罐布置简图

图5 引水罐实际安装示意

泵启动后，泵吸入管内的水不断进入泵系统，引水罐内储水量迅速减少，引水罐水位急剧下降，达到一定的负压后，水池内的水在大气压作用下沿引水管连续进入引水罐内，在泵的连续作用下送往蒸发结晶系统。

4.3 注意事项

尽量减少吸水高度，在保证能充满水的情况下，引水罐高度与自吸泵自密封溢流堰等高即可；引水罐应安装在最靠近水池的地方，缩短引水罐引水管的长度；引水罐高度与其直径之比为1.2～1.8，容积不小于设计容积，以保证其吸水能力；保证罐体密封良好，否则将影响正常吸水；启泵前注水时，进水量不能过大，应让水位缓慢上升，保证水中空气完全排出。

5 改造后的效果

5.1 自吸泵运行情况

2020年4月9日，对引水罐加装改造后的P-4713B按照操作要点进行启泵，5 min内即可完成注水并正常启泵，彻底解决了泵启动耗时长的问题，且输送流量也从8～9 m3/h提高至10～11 m3/h。改造后，启泵操作方便，减轻了操作人员的劳动强度。2020年5月11日，对P-4713A也进行了引水罐加装改造。

5.2 效益分析

(1)启泵操作方便，解决了排气引水难、费时耗电的问题，既改善了水泵的吸水性能，提高了废水处理的安全性，又减少了维修工作量。

(2)取消电磁控制阀，按电磁控制阀使用寿命3个月、单价600元计，年可节省费用2 400元；取消了不锈钢底阀，按年更换2只底阀、单价1 000元计，年可节约2 000元；如果不进行加装引水装置改造，则需要更换自吸泵，按泵使用寿命2年、单价30 000元计，年可节约15 000元；避免了将未经蒸发结晶的含盐废水直接送至污水处理系统，降低了水处理成本，节约了水处理费用。

该改造项目的成功实施，避免了不合格水直接排入地下水系统的可能性，目前准备在各雨水池、事故池等自吸泵上推广应用。