摘" " " 要：蒸汽噴射在設(shè)計(jì)制造過程中需要結(jié)合一定的工作蒸汽參數(shù)，但是在實(shí)際使用過程中，在各種因素的影響下可能改變工作蒸汽參數(shù)，其中最為明顯的影響因素就是蒸汽含水量，其能夠?qū)φ羝麌娚湔婵毡玫倪\(yùn)行效率和性能產(chǎn)生直接影響，在降低蒸汽的過程中安裝疏水裝置是最常見的措施。基于此，將對疏水裝置對蒸汽真空泵的重要作用和優(yōu)化疏水系統(tǒng)的問題開展分析。

關(guān)" 鍵" 詞：蒸汽噴射真空泵；疏水裝置；重要作用；疏水系統(tǒng)優(yōu)化

中圖分類號：TQ052" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）08-1172-03

作為重要的爐外精煉設(shè)備，VOD在冶金過程中能夠在脫氫、脫碳等方面發(fā)揮重要的作用。而作為獲取真空的主要設(shè)備，水蒸氣噴射泵的運(yùn)行穩(wěn)定性能夠直接影響冶金工作的效果[1]?，F(xiàn)階段，在國內(nèi)的VOD中在獲取真空的過程中有超過99%使用蒸汽噴射泵，其擁有較低的被抽氣體清潔度要求、較快的真空獲取速度以及較少的成本支出。在正常情況下，在設(shè)計(jì)真空泵系統(tǒng)的過程中必須與生產(chǎn)工藝的抽氣速度、能力等要求相結(jié)合，但是因?yàn)樗褂媒橘|(zhì)的局限性、具體冶煉反應(yīng)條件限制，大多擁有較大的難度。所以，研究蒸汽真空泵的原理、影響因素以優(yōu)化疏水系統(tǒng)問題具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1" 蒸汽噴射泵的原理

蒸汽噴射真空泵是相關(guān)人員融合實(shí)驗(yàn)理論、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)等基礎(chǔ)理論的結(jié)晶。現(xiàn)如今蒸汽噴射真空泵技術(shù)已經(jīng)擁有幾百年的發(fā)展歷史。水蒸氣噴射泵的介質(zhì)是水蒸氣，當(dāng)高速蒸汽射流從拉瓦爾噴嘴噴出后會(huì)帶出被抽氣體，從而順利完成將氣體抽出的工作。單級泵的工作原理如圖1所示。其主要由拉瓦爾噴嘴、擴(kuò)壓室、吸入室以及混合室組成[2]。實(shí)際運(yùn)行流程為，在拉瓦爾噴嘴部分會(huì)提升工作蒸汽速度，將蒸汽壓力變?yōu)閯?dòng)能，在噴嘴喉部能夠達(dá)到與聲音相同的速度，在噴嘴擴(kuò)張段氣流將會(huì)進(jìn)一步提升速度，最終出口處會(huì)形成超因素氣流并噴入混合室。此時(shí)，壓力會(huì)變得越來越低，從而使混合室內(nèi)擁有低壓環(huán)境，被抽氣體會(huì)進(jìn)入混合室內(nèi)。在這個(gè)過程中，在混合室中被抽氣體和工作蒸汽將交換能量，使兩者漸漸擁有相同速度，然后混合氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器中會(huì)提升壓力并降低速度，將會(huì)使正激波產(chǎn)生在其喉部，會(huì)降低提升氣流壓力的速度，使速度變?yōu)閬喴羲?，最終向泵外排放，從而將動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為壓力能[3]。

但是，正常情況下單級泵只擁有8至10的壓縮比，真空度不符合相應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)范，想要達(dá)到使工作壓力降低的目標(biāo)，在工作時(shí)需要多個(gè)噴射泵串聯(lián)，并且在串聯(lián)中需要融入冷凝器，當(dāng)蒸汽冷凝工作能力不足時(shí)會(huì)由下一級泵負(fù)載。

通過分析蒸汽泵工作原理和過程可知，蒸汽想要順利完成能量交換，在不斷轉(zhuǎn)換動(dòng)能和勢能時(shí)必須保證狀態(tài)足夠穩(wěn)定，而蒸汽的含水量能夠在多方面改變其工作狀態(tài)，導(dǎo)致拉瓦爾噴射泵中的蒸汽無法正常工作。

2" 真空泵性能的影響因素

2.1" 蒸汽含水量影響真空度分析

當(dāng)拉瓦爾噴嘴中噴出擁有足夠含水量的水蒸氣時(shí)能夠使汽化潛熱在整個(gè)放大量、氣流吸中出現(xiàn)，這種情況將在一定程度上改變整個(gè)汽流的壓力、總溫以及速度。蒸汽中水能夠吸、放大量的潛熱量，與工作蒸汽作用的能量相差無幾。

當(dāng)有水珠在蒸汽流中存在時(shí)，因?yàn)樗閾碛休^低的速度，而蒸汽速度卻處于較高水平，在這時(shí)水珠會(huì)吸收蒸汽的動(dòng)能，在此情況下會(huì)使水分中能量降低，從而導(dǎo)致在噴嘴中無法噴出擁有理想速度的蒸汽流[4]。

蒸汽中的水分會(huì)混合廢氣中的粉塵，導(dǎo)致蒸汽噴射泵中有糊狀物形成，將會(huì)有積垢的情況出現(xiàn)在擴(kuò)壓器壁、泵殼混合室以及噴嘴擴(kuò)張段等地點(diǎn)。并且在真空超音速的情況下水珠有很大的幾率會(huì)存在結(jié)冰現(xiàn)象，主要發(fā)生地點(diǎn)為第一級增壓泵，因?yàn)閲娮旌砜趽碛休^小直徑，可能導(dǎo)致冰塞情況出現(xiàn)。

通過以上分析可知，其影響主要能在以下方面得到體現(xiàn)：1）利用蒸汽的情況較差，會(huì)使蒸汽泵擁有更低的抽氣能力，導(dǎo)致蒸汽做功不充足，只會(huì)帶出較少被抽氣體，存在明顯的動(dòng)力不充足問題。2）存在蒸汽動(dòng)能被損耗的問題，導(dǎo)致在收縮段動(dòng)能無法充分完成向壓力的轉(zhuǎn)化，將其蒸汽泵的能力，會(huì)在一定程度上影響下一階段真空泵壓縮比，從而產(chǎn)生整體失衡的情況[5]。3）在管道中會(huì)存在較多的冷凝水，使管道中出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，在此情況下無法滿足真空泵啟動(dòng)要求，若是強(qiáng)行啟動(dòng)可能導(dǎo)致噴嘴斷裂。4）當(dāng)蒸汽擁有較大含水量時(shí)可能導(dǎo)致結(jié)冰的情況在噴嘴出現(xiàn)，從而導(dǎo)致無法正常發(fā)揮增壓泵的效果。5）在噴嘴和泵殼兩個(gè)部位會(huì)存在嚴(yán)重積垢現(xiàn)象，將其泵內(nèi)部實(shí)際使用尺寸，導(dǎo)致蒸汽做功的作用無法充分發(fā)揮，不僅無法在增壓泵中發(fā)揮作用，而且會(huì)導(dǎo)致廢氣量增加。

2.2" 工作蒸汽

在實(shí)際工作中，噴射泵的實(shí)際抽氣性能會(huì)在較大程度上受到工作蒸汽品質(zhì)的影響。在正常情況下，蒸汽噴射泵能夠使用稍過熱或飽和的工作蒸汽。在研究蒸汽壓力方面應(yīng)該將重點(diǎn)放在干度、溫度、壓力等方面[6]。一般來說，當(dāng)蒸汽擁有越高的壓力時(shí)，就會(huì)越少消耗冷卻水和工作蒸汽，但是當(dāng)蒸汽擁有過高的壓力時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)十分明顯的冷卻水消耗量和工作蒸汽用量，但是會(huì)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的工作壓力。在蒸汽溫度方面，大多控制190～210 ℃的溫度。但是因?yàn)檎羝芫W(wǎng)供熱擁有100 ℃以上的過熱，應(yīng)該合理的降溫使用蒸汽[7]。近年來，在降溫系統(tǒng)優(yōu)化方面取得了很大進(jìn)展，其中得到最多學(xué)者認(rèn)同的是文丘里降溫裝置，借助這種裝置能夠在一定范圍內(nèi)有效控制蒸汽溫度，并且能夠充分混合蒸汽和降溫水，使工作蒸汽的含水量降低，能夠有效改善噴嘴結(jié)構(gòu)和抽氣性能差的問題[8]。

2.3" 冷卻水

在真空泵運(yùn)行過程中冷卻水的壓力、溫度等因素都非常重要。在使用冷卻水的過程中主要目的就是將各級泵排出廢氣中的蒸汽溫度降低，從而使下一級泵的負(fù)載降低。根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐證明，當(dāng)冷凝器進(jìn)口處的冷卻水擁有越低的溫度時(shí)，就會(huì)越少的消耗冷卻水[9]。但是通過對成本消耗和投資進(jìn)行充分考慮，大多需要控制低于30 ℃的范圍。在冷卻水供水壓力方面，正常情況下在水分配器處應(yīng)該擁有4.0×105～4.5×105 Pa的表壓。

2.4" 真空系統(tǒng)閥門

真空系統(tǒng)閥門主要分為以下三個(gè)類別，分別為工作蒸汽疏水閥、切斷B列泵使用的逆指伐以及蒸汽截止閥。真空系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性會(huì)受到閥門壽命周期和閥門泄漏的影響。在真空系統(tǒng)運(yùn)行過程中，無論哪種閥門存在真空度不足的情況都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足生產(chǎn)要求，因此相關(guān)人員非常有必要深入研究閥門。在實(shí)際開展選型工作時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的溫度、介質(zhì)等參數(shù)選擇適宜的閥門。現(xiàn)階段，通過分析閥門材質(zhì)、密封形式等內(nèi)容，研制出了很多適用于真空系統(tǒng)的閥門，如機(jī)械型閥門、靜力型閥門等。

3" 合理布置輸水裝置現(xiàn)場

蒸汽泵的性能穩(wěn)定和抽氣能力會(huì)在很大程度上受到蒸汽中含水量的影響，保證布置輸水管路的合理性，能夠提升干蒸汽的獲取量，確保順利作用排掉水[10]。在實(shí)際布置輸水裝置時(shí)，相關(guān)人員可以將疏水閥和汽水分離器安裝在管網(wǎng)中保證排水順利完成，將疏水閥安裝在B1-B3增壓泵的汽室和蒸汽分配包后端，共有疏水閥5個(gè)，詳細(xì)情況如圖2所示。

4" 合理選擇疏水閥門

4.1" 疏水閥門類別

根據(jù)相變、溫度差、凝結(jié)水和蒸汽密度差三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以將疏水閥的類型分為三種，詳細(xì)情況如表1所示。

4.2" 結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件合理選型

現(xiàn)場的實(shí)際條件為：1）中壓蒸汽管道，需要及時(shí)充分的排出冷凝水。2）擁有較大的冷凝水排量。3）在未開啟B1、B2、B3增壓泵時(shí)，必須保證真空泄露的情況得到有效避免[11]。4）由于廢氣中含有較多的粉塵，疏水閥門需要能夠在較大程度上免受粉塵的影響。

通過對比以上各個(gè)條件，在該冶金的蒸汽真空泵系統(tǒng)中機(jī)械型的倒吊桶疏水閥門能夠發(fā)揮較為理想的效果。

5" 優(yōu)化疏水系統(tǒng)的措施

在正常情況下，冶金設(shè)備都擁有非常復(fù)雜且惡劣的使用環(huán)境，尤其是用于冶煉不銹鋼的VOD真空系統(tǒng)中的增壓泵疏水閥需要有效應(yīng)對更多的問題：1）在真空系統(tǒng)破空環(huán)節(jié)，疏水閥中將吸入較多粉塵，而疏水閥很難排出這些粉塵，會(huì)導(dǎo)致其中的粉塵量越來越多，最終導(dǎo)致堵塞。2）當(dāng)存在真空度不足問題時(shí)，將會(huì)降低系統(tǒng)極限抽氣速度，在充分考慮冶金工藝要求的基礎(chǔ)上，在特定時(shí)段需要僅使用4級和5級真空泵，在此過程中可能有泄露的問題出現(xiàn)在B1、B2、B3的疏水閥，并且在疏水閥內(nèi)部可能出現(xiàn)結(jié)冰堵塞問題。

想要有效解決這些問題，相關(guān)人員可以將輔助元件安裝在疏水系統(tǒng)中起到優(yōu)化疏水系統(tǒng)的效果，詳細(xì)情況如圖3所示，通過安裝逆止閥使其與疏水閥形成一個(gè)整體，同時(shí)在疏水閥前安裝氣動(dòng)控制閥門。在真空系統(tǒng)破空過程中，首先破空會(huì)在疏水閥門內(nèi)部進(jìn)行，在這種情況下真空系統(tǒng)破空，由于與系統(tǒng)關(guān)系壓力相比擁有更高的疏水閥內(nèi)部壓力，能夠使疏水閥進(jìn)入粉塵的情況得到避免。

6" 結(jié)束語

綜上所述，蒸汽噴射泵的效率會(huì)在很大程度上受到蒸汽質(zhì)量的影響，其中影響最為顯著的因素就是蒸汽含水量，相關(guān)人員必須嚴(yán)格控制這一指標(biāo)，從而使蒸汽能耗得到有效降低。同時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)該結(jié)合規(guī)范要求合理控制工作蒸汽的壓力、冷卻水的溫度壓力等因素，只有這樣才能夠充分發(fā)揮蒸汽噴射泵的效率。另外，相關(guān)人員應(yīng)該與實(shí)際工作需求相結(jié)合有針對性地優(yōu)化蒸汽真空泵的疏水系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］康東華.疏水器在蒸汽供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)時(shí)代，2010（9）：1.

［2］石巍，朱學(xué)庚，劉珊珊，等.疏水裝置在蒸汽減壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2012，9（6）：3.

［3］王長根.節(jié)能疏水裝置在蒸汽管道上的應(yīng)用[C]//第八屆（2011）中國鋼鐵年會(huì)，2011.

［4］李焱.除氧器內(nèi)置鍋爐啟動(dòng)疏水裝置的研制和應(yīng)用[J].電站輔機(jī)，2009，30（1）：8-12.

［5］王士維.基于疏水作用的陶瓷漿料自發(fā)凝固成型研究進(jìn)展[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2022，37（8）：809-820.

［6］陳偉，冷文軍，何鵬，等.滑移邊界對高雷諾鈍體繞流流動(dòng)分離及阻力的影響研究[J].中國艦船研究，2022，17（5）：204-211.

［7］李和平.疏水器對蒸汽系統(tǒng)的重要性[J].寧波節(jié)能，2007（3）：3.

［8］戴遠(yuǎn)玲，郭玉梅，楊建紅.淺談疏水器在蒸汽系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].純堿工業(yè)，2012（1）：2.

［9］王世臣，蘇德權(quán).談?wù)務(wù)羝到y(tǒng)中的疏水器[J].中國科技博覽，2010（25）：1.

［10］朱智穎.蒸汽再生脫硫工藝疏水裝置設(shè)計(jì)淺析[J].硫酸工業(yè)，2019（8）：3.

［11］吳新宇，吳燕，徐穎異，等.木材表面疏水涂層的制備及耐久性測試[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