疏水装置对蒸汽真空泵的重要作用及疏水系统优化

摘" " " 要：蒸汽喷射在设计制造过程中需要结合一定的工作蒸汽参数，但是在实际使用过程中，在各种因素的影响下可能改变工作蒸汽参数，其中最为明显的影响因素就是蒸汽含水量，其能够对蒸汽喷射真空泵的运行效率和性能产生直接影响，在降低蒸汽的过程中安装疏水装置是最常见的措施。基于此，将对疏水装置对蒸汽真空泵的重要作用和优化疏水系统的问题开展分析。

关" 键" 词：蒸汽喷射真空泵；疏水装置；重要作用；疏水系统优化

中图分类号：TQ052" " "文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）08-1172-03

作为重要的炉外精炼设备，VOD在冶金过程中能够在脱氢、脱碳等方面发挥重要的作用。而作为获取真空的主要设备，水蒸气喷射泵的运行稳定性能够直接影响冶金工作的效果[1]。现阶段，在国内的VOD中在获取真空的过程中有超过99%使用蒸汽喷射泵，其拥有较低的被抽气体清洁度要求、较快的真空获取速度以及较少的成本支出。在正常情况下，在设计真空泵系统的过程中必须与生产工艺的抽气速度、能力等要求相结合，但是因为所使用介质的局限性、具体冶炼反应条件限制，大多拥有较大的难度。所以，研究蒸汽真空泵的原理、影响因素以优化疏水系统问题具有很重要的现实意义。

1" 蒸汽喷射泵的原理

蒸汽喷射真空泵是相关人员融合实验理论、工程流体力学、工程热力学等基础理论的结晶。现如今蒸汽喷射真空泵技术已经拥有几百年的发展历史。水蒸气喷射泵的介质是水蒸气，当高速蒸汽射流从拉瓦尔喷嘴喷出后会带出被抽气体，从而顺利完成将气体抽出的工作。单级泵的工作原理如图1所示。其主要由拉瓦尔喷嘴、扩压室、吸入室以及混合室组成[2]。实际运行流程为，在拉瓦尔喷嘴部分会提升工作蒸汽速度，将蒸汽压力变为动能，在喷嘴喉部能够达到与声音相同的速度，在喷嘴扩张段气流将会进一步提升速度，最终出口处会形成超因素气流并喷入混合室。此时，压力会变得越来越低，从而使混合室内拥有低压环境，被抽气体会进入混合室内。在这个过程中，在混合室中被抽气体和工作蒸汽将交换能量，使两者渐渐拥有相同速度，然后混合气体进入扩压器中会提升压力并降低速度，将会使正激波产生在其喉部，会降低提升气流压力的速度，使速度变为亚音速，最终向泵外排放，从而将动能有效地转化为压力能[3]。

但是，正常情况下单级泵只拥有8至10的压缩比，真空度不符合相应的生产规范，想要达到使工作压力降低的目标，在工作时需要多个喷射泵串联，并且在串联中需要融入冷凝器，当蒸汽冷凝工作能力不足时会由下一级泵负载。

通过分析蒸汽泵工作原理和过程可知，蒸汽想要顺利完成能量交换，在不断转换动能和势能时必须保证状态足够稳定，而蒸汽的含水量能够在多方面改变其工作状态，导致拉瓦尔喷射泵中的蒸汽无法正常工作。

2" 真空泵性能的影响因素

2.1" 蒸汽含水量影响真空度分析

当拉瓦尔喷嘴中喷出拥有足够含水量的水蒸气时能够使汽化潜热在整个放大量、气流吸中出现，这种情况将在一定程度上改变整个汽流的压力、总温以及速度。蒸汽中水能够吸、放大量的潜热量，与工作蒸汽作用的能量相差无几。

当有水珠在蒸汽流中存在时，因为水珠拥有较低的速度，而蒸汽速度却处于较高水平，在这时水珠会吸收蒸汽的动能，在此情况下会使水分中能量降低，从而导致在喷嘴中无法喷出拥有理想速度的蒸汽流[4]。

蒸汽中的水分会混合废气中的粉尘，导致蒸汽喷射泵中有糊状物形成，将会有积垢的情况出现在扩压器壁、泵壳混合室以及喷嘴扩张段等地点。并且在真空超音速的情况下水珠有很大的几率会存在结冰现象，主要发生地点为第一级增压泵，因为喷嘴喉口拥有较小直径，可能导致冰塞情况出现。

通过以上分析可知，其影响主要能在以下方面得到体现：1）利用蒸汽的情况较差，会使蒸汽泵拥有更低的抽气能力，导致蒸汽做功不充足，只会带出较少被抽气体，存在明显的动力不充足问题。2）存在蒸汽动能被损耗的问题，导致在收缩段动能无法充分完成向压力的转化，将其蒸汽泵的能力，会在一定程度上影响下一阶段真空泵压缩比，从而产生整体失衡的情况[5]。3）在管道中会存在较多的冷凝水，使管道中出现水锤现象，在此情况下无法满足真空泵启动要求，若是强行启动可能导致喷嘴断裂。4）当蒸汽拥有较大含水量时可能导致结冰的情况在喷嘴出现，从而导致无法正常发挥增压泵的效果。5）在喷嘴和泵壳两个部位会存在严重积垢现象，将其泵内部实际使用尺寸，导致蒸汽做功的作用无法充分发挥，不仅无法在增压泵中发挥作用，而且会导致废气量增加。

2.2" 工作蒸汽

在实际工作中，喷射泵的实际抽气性能会在较大程度上受到工作蒸汽品质的影响。在正常情况下，蒸汽喷射泵能够使用稍过热或饱和的工作蒸汽。在研究蒸汽压力方面应该将重点放在干度、温度、压力等方面[6]。一般来说，当蒸汽拥有越高的压力时，就会越少消耗冷却水和工作蒸汽，但是当蒸汽拥有过高的压力时，也不会出现十分明显的冷却水消耗量和工作蒸汽用量，但是会在很大程度上提升成本支出。所以，在正常的蒸汽工作中大多控制0.9～10.5 MPa的工作压力。在蒸汽温度方面，大多控制190～210 ℃的温度。但是因为蒸汽管网供热拥有100 ℃以上的过热，应该合理的降温使用蒸汽[7]。近年来，在降温系统优化方面取得了很大进展，其中得到最多学者认同的是文丘里降温装置，借助这种装置能够在一定范围内有效控制蒸汽温度，并且能够充分混合蒸汽和降温水，使工作蒸汽的含水量降低，能够有效改善喷嘴结构和抽气性能差的问题[8]。

2.3" 冷却水

在真空泵运行过程中冷却水的压力、温度等因素都非常重要。在使用冷却水的过程中主要目的就是将各级泵排出废气中的蒸汽温度降低，从而使下一级泵的负载降低。根据相关的实践证明，当冷凝器进口处的冷却水拥有越低的温度时，就会越少的消耗冷却水[9]。但是通过对成本消耗和投资进行充分考虑，大多需要控制低于30 ℃的范围。在冷却水供水压力方面，正常情况下在水分配器处应该拥有4.0×105～4.5×105 Pa的表压。

2.4" 真空系统阀门

真空系统阀门主要分为以下三个类别，分别为工作蒸汽疏水阀、切断B列泵使用的逆指伐以及蒸汽截止阀。真空系统运行稳定性会受到阀门寿命周期和阀门泄漏的影响。在真空系统运行过程中，无论哪种阀门存在真空度不足的情况都会导致系统无法满足生产要求，因此相关人员非常有必要深入研究阀门。在实际开展选型工作时，相关人员应该根据实际生产中的温度、介质等参数选择适宜的阀门。现阶段，通过分析阀门材质、密封形式等内容，研制出了很多适用于真空系统的阀门，如机械型阀门、静力型阀门等。

3" 合理布置输水装置现场

蒸汽泵的性能稳定和抽气能力会在很大程度上受到蒸汽中含水量的影响，保证布置输水管路的合理性，能够提升干蒸汽的获取量，确保顺利作用排掉水[10]。在实际布置输水装置时，相关人员可以将疏水阀和汽水分离器安装在管网中保证排水顺利完成，将疏水阀安装在B1-B3增压泵的汽室和蒸汽分配包后端，共有疏水阀5个，详细情况如图2所示。

4" 合理选择疏水阀门

4.1" 疏水阀门类别

根据相变、温度差、凝结水和蒸汽密度差三个标准可以将疏水阀的类型分为三种，详细情况如表1所示。

4.2" 结合现场实际条件合理选型

现场的实际条件为：1）中压蒸汽管道，需要及时充分的排出冷凝水。2）拥有较大的冷凝水排量。3）在未开启B1、B2、B3增压泵时，必须保证真空泄露的情况得到有效避免[11]。4）由于废气中含有较多的粉尘，疏水阀门需要能够在较大程度上免受粉尘的影响。

通过对比以上各个条件，在该冶金的蒸汽真空泵系统中机械型的倒吊桶疏水阀门能够发挥较为理想的效果。

5" 优化疏水系统的措施

在正常情况下，冶金设备都拥有非常复杂且恶劣的使用环境，尤其是用于冶炼不锈钢的VOD真空系统中的增压泵疏水阀需要有效应对更多的问题：1）在真空系统破空环节，疏水阀中将吸入较多粉尘，而疏水阀很难排出这些粉尘，会导致其中的粉尘量越来越多，最终导致堵塞。2）当存在真空度不足问题时，将会降低系统极限抽气速度，在充分考虑冶金工艺要求的基础上，在特定时段需要仅使用4级和5级真空泵，在此过程中可能有泄露的问题出现在B1、B2、B3的疏水阀，并且在疏水阀内部可能出现结冰堵塞问题。

想要有效解决这些问题，相关人员可以将辅助元件安装在疏水系统中起到优化疏水系统的效果，详细情况如图3所示，通过安装逆止阀使其与疏水阀形成一个整体，同时在疏水阀前安装气动控制阀门。在真空系统破空过程中，首先破空会在疏水阀门内部进行，在这种情况下真空系统破空，由于与系统关系压力相比拥有更高的疏水阀内部压力，能够使疏水阀进入粉尘的情况得到避免。

6" 结束语

综上所述，蒸汽喷射泵的效率会在很大程度上受到蒸汽质量的影响，其中影响最为显著的因素就是蒸汽含水量，相关人员必须严格控制这一指标，从而使蒸汽能耗得到有效降低。同时，相关人员应该结合规范要求合理控制工作蒸汽的压力、冷却水的温度压力等因素，只有这样才能够充分发挥蒸汽喷射泵的效率。另外，相关人员应该与实际工作需求相结合有针对性地优化蒸汽真空泵的疏水系统。

参考文献：

［1］康东华.疏水器在蒸汽供热系统中的应用[J].科学时代，2010（9）：1.

［2］石巍，朱学庚，刘珊珊，等.疏水装置在蒸汽减压系统中的应用[J].中国医学装备，2012，9（6）：3.

［3］王长根.节能疏水装置在蒸汽管道上的应用[C]//第八届（2011）中国钢铁年会，2011.

［4］李焱.除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用[J].电站辅机，2009，30（1）：8-12.

［5］王士维.基于疏水作用的陶瓷浆料自发凝固成型研究进展[J].无机材料学报，2022，37（8）：809-820.

［6］陈伟，冷文军，何鹏，等.滑移边界对高雷诺钝体绕流流动分离及阻力的影响研究[J].中国舰船研究，2022，17（5）：204-211.

［7］李和平.疏水器对蒸汽系统的重要性[J].宁波节能，2007（3）：3.

［8］戴远玲，郭玉梅，杨建红.浅谈疏水器在蒸汽系统中的应用[J].纯碱工业，2012（1）：2.

［9］王世臣，苏德权.谈谈蒸汽系统中的疏水器[J].中国科技博览，2010（25）：1.

［10］朱智颖.蒸汽再生脱硫工艺疏水装置设计浅析[J].硫酸工业，2019（8）：3.

［11］吴新宇，吴燕，徐颖异，等.木材表面疏水涂层的制备及耐久性测试[J].家具，2020，41（1）：19-22.

Importance of Drainage Device to Steam Vacuum

Pump and Optimization of Drainage System

XV Long-wu

（Hebei ENCO Petrochemical Engineering"Co.，"Ltd."Liaoning"Branch， Shenyang Liaoning 110004， China）

Abstract： During the design and manufacturing process of steam injection， certain working steam parameters need to be combined. However， in the actual use process， the working steam parameters may be changed under the influence of various factors， among which the most obvious factor is the steam moisture content， which can have a direct impact on the operating efficiency and performance of the steam injection vacuum pump. Installing a drain device in the process of reducing steam is the most common measure. Based on this， the important role of the drainage device on the steam vacuum pump was analyzed as well as the problem of optimizing the drainage system， hoping to provide some reference for relevant personnel.

Key words： Steam jet vacuum pump; Drainage device; Important role; Drainage system optimization