廣鋼連軋機(jī)用循環(huán)水系統(tǒng)的抽空現(xiàn)象及其排除王瑞濱游映玖許玉望提要介紹廣州鋼鐵股份有限公司連續(xù)軋鋼分廠(chǎng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng),由于原設(shè)計(jì)不合理運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的間斷性出水的抽空現(xiàn)象;分析了產(chǎn)生抽空現(xiàn)象的原因提出了排除抽空現(xiàn)象的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞加壓泵循環(huán)水系統(tǒng)抽空氣囊1濁循環(huán)冷 卻水系統(tǒng)工藝流程及抽空現(xiàn)象系統(tǒng)建成、投產(chǎn)的初期運(yùn)行都較正常,-年以廣鋼連續(xù)軋鋼分廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)材產(chǎn)品連軋機(jī)用的循后在濁循環(huán)供水狀況下,加壓泵組管路OD2上,對(duì)環(huán)冷卻水系統(tǒng)由凈循環(huán)水和濁循環(huán)水兩部分組成。螺紋鋼提供冷卻的沖水出現(xiàn)了周期性的斷水現(xiàn)象,其濁循環(huán)水系統(tǒng)提供軋機(jī)水冷卻和線(xiàn)材螺紋鋼沖水即抽空現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象-般出現(xiàn)在夏天,水溫較高冷卻。圖1給出了其管路和工藝流程平面布置示及吸水井水位較高的條件下。由于出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,意。系統(tǒng)由3臺(tái)S300-90B并聯(lián)組成供水泵,由3臺(tái)使螺紋鋼的冷卻不均勻從而嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量造S200-95并聯(lián)組成加壓泵串聯(lián)在對(duì)線(xiàn)材產(chǎn)品沖水冷成較大的經(jīng)濟(jì)損失。卻的管路OD2上。系統(tǒng)運(yùn)行有兩種情況:-是生產(chǎn)2抽空現(xiàn)象技術(shù)分析一般線(xiàn)材時(shí)不需對(duì)線(xiàn)材進(jìn)行沖水冷卻,此時(shí)管路經(jīng)對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況觀(guān)察與分析研究抽空OD2關(guān)閉,加壓泵組不工作,供水泵僅1臺(tái)工作經(jīng)現(xiàn)象不是由于機(jī)組工作不正常及管路出現(xiàn)堵塞等因OD管路向連軋機(jī)提供沖水冷卻。這種情況系統(tǒng)素造成。究其原因，認(rèn)為由于系統(tǒng)運(yùn)行的工況參數(shù)、工作正常沒(méi)有出現(xiàn)間斷性的斷水現(xiàn)象;二是生產(chǎn)螺管路布置及管道中的流動(dòng)等因素相互影響而造成。紋鋼時(shí)需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻此時(shí)管路OD2打開(kāi)加其主要原因是是否在管路中形成氣囊或加壓泵產(chǎn)生壓泵組工作(2臺(tái)工作1臺(tái)備用)供水泵也啟動(dòng)2了氣蝕我們對(duì)此進(jìn)行了分析。臺(tái)工作(1臺(tái)備用),同時(shí)向D,及D2兩用水點(diǎn)供水,2.1 系統(tǒng)工況分析即為濁循環(huán)供水狀況。濁循環(huán)水系練的設(shè)計(jì)參數(shù)是:供水泵組提供總供水中國(guó)煤化工)工作壓力滿(mǎn)足0.57DN/mmL/m業(yè)SLD:軋機(jī)水冷MYHCNMHG~ 72m),其中水量水89450 800300導(dǎo)g.750m3/l( 0.208 3m2/s )經(jīng)OD,供軋機(jī)冷卻用,剩余H12600m3/H( 0.166 7m2/s )經(jīng)OD2用于螺紋鋼壓冷卻;供水泵組加壓泵組拿多380 D線(xiàn)材水冷加壓泵要求增壓至1.0~ 1.5MPa(揚(yáng)程約100 ~自清式過(guò)濾器圖1濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管路及流程平面布置150m)取高水位工況參數(shù),應(yīng)用伯努利方程作Or0-02-O3管路水頭線(xiàn)1]如圖2所示。紋鋼冷卻用水增加21.8% ~ 23.6%。實(shí)際工作揚(yáng)H涮壓管水頭線(xiàn)程與設(shè)計(jì)要求相近滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。( 2 )吸水井水位60年56.48民總水頭線(xiàn)，53.1752.9452.4056.05的學(xué)的變化對(duì)供水泵組和軋機(jī)用水流量有明顯影響，水50+53.4552.6的9 51.9250.94 t. Pr壓強(qiáng)水頭線(xiàn)404.049.63549.0850旦位由低(標(biāo)高為-1m)到高(標(biāo)高為2m)的變化使供苗30+3.0 口(實(shí)際工況)改前45。水泵組流量增大9.1% ,軋機(jī)供水量增大17. 65% ,這計(jì)工觀(guān)而使線(xiàn)材供水量減少0.15%。同時(shí)使供水泵揚(yáng)程20+2.c改后_下降6.24%而使加壓泵增大2.0%。高水位10+1.0 .r2.0qQD.382.2管路中能量變化與流動(dòng)狀態(tài)分析低水位軸標(biāo)高死圖2繪出了沿管線(xiàn)變化的總水頭、測(cè)壓管水頭軸標(biāo)高吸水井加樂(lè)泵組及壓強(qiáng)水頭線(xiàn)。從壓強(qiáng)水頭變化分析可知:整個(gè)管圖2供水系統(tǒng)立面圖 0-0-0-O3管路水頭線(xiàn)線(xiàn)中靜壓強(qiáng)都為正值加壓泵進(jìn)口處O;點(diǎn)的靜壓強(qiáng)該系統(tǒng)可視為單節(jié)點(diǎn)加壓泵組并聯(lián)供水系統(tǒng),達(dá)到0. 48MPa遠(yuǎn)大于加壓泵的允許吸上真空度,利用單節(jié)點(diǎn)并聯(lián)供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2]考慮在因此加壓泵工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象3];沿管線(xiàn)靜OD2支管上有加壓泵組將其用1臺(tái)等效單泵代替壓強(qiáng)不是完全遽降變化,在管線(xiàn)0O2中靜壓強(qiáng)有的情況則得到該系統(tǒng)工況計(jì)算的模型。所回升這是由于O點(diǎn)處流量分流,使該段流量減用此模型根據(jù)圖1和圖2中給出的有關(guān)數(shù)據(jù),小流速下降造成的。在O2-O3管段中管徑由.計(jì)算出了該系統(tǒng)的工況參數(shù)列于表1和表2。450mm減至300mm,使流速增大造成靜壓強(qiáng)下由表1和表2可知(1系統(tǒng)實(shí)際工況流量超過(guò)降。靜壓強(qiáng)下降有利于水中溶解的氣體釋出。設(shè)計(jì)工況流量供水泵組流量增大23%(低水位)~根據(jù)工況流量考慮投產(chǎn)前期為新管材粗糙度34.1%(高水位);軋機(jī)供水量增加24%~44% ;螺相對(duì)小(取0.001 )運(yùn)行一年后粗糙度增大，為舊管.表1S300-90B供水泵低、高水位時(shí)工況參數(shù)供水泵SAoSoo .0ZQ總流量.管線(xiàn)O-O3改造后S300- 90B132/ms/s-/m/m/m2/sQ1 + Q2/m2/sQ/m'/sH/mQi + Q2/m2/s4.8低水位)| 0.230 560.500.4610.23160.430.462泵1或泵22:13.071.8高水位)| 0.251 556.720.5030.25256.630.504表2軋機(jī)、螺紋鋼用水管線(xiàn)及加壓泵工況參數(shù)服務(wù)水頭Sp1Z9加壓泵工作揚(yáng)程用水點(diǎn)/n1s2/m'mH,/mg/m'/s軋機(jī)4.80.25500.254 04:98.6(OD)1.80. 3000.297 3螺紋鋼0.20667.330.208 166.361161 181.03(OD2 )0.20368.690.206 767.00 .表3流速若數(shù)與流態(tài)分析管段管徑|流速雷諾數(shù)( x10%)冬天流態(tài)夏天流態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)情況/mm| /m/s冬天夏天新管舊管舊管| 流速/m/s | 冬天流態(tài)| 夏天流態(tài)O-O450 2.90.9981.623 .過(guò)粗中國(guó)煤化工O-O2450 1.3| 0.4460.729原管| 300| 2.910.6681.087MHCNMHGO2-O3改后450 | 1.31 | 0.4510.733寸1.05注表中過(guò)"表示紊流過(guò)渡區(qū)",粗"表示紊流阻力平方區(qū)。給水排水Vol.26 No.4 2000 37取0.002 ,及冬天和夏天水溫變化取10~ 30C范圍-段時(shí)間的積聚形成斷水氣囊的臨界條件而這個(gè)等因素取高水位工況參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)情況對(duì)O-臨界條件正是供水系統(tǒng)工作在最不利高水位與夏天0-O2-O3管段中的流速和流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了分析計(jì)的情況,因此抽空只是周期性的發(fā)生。算結(jié)果列于表3中。3抽空 現(xiàn)象排除措施及經(jīng)濟(jì)效益由表3可以看到:實(shí)際工況下對(duì)應(yīng)管段中的流為排除供水系統(tǒng)抽空現(xiàn)象,保證生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量,速比設(shè)計(jì)參數(shù)情況高出很多圖2也有所示O2O曾請(qǐng)過(guò)某鋼鐵設(shè)計(jì)院來(lái)解決他們提出的改造方案,與O2-O3段流速較高,大于2.5m/s ;夏天時(shí)管中流需技術(shù)咨詢(xún)和工程投資費(fèi)用65萬(wàn)元;后連軋分廠(chǎng)提動(dòng)雷諾數(shù)值較大沿流向起伏變化較激烈設(shè)計(jì)參數(shù)出重新設(shè)計(jì)--條單獨(dú)供線(xiàn)材水冷的高壓循環(huán)水系情況管路中的流態(tài)，無(wú)論是冬天還是夏天都處在紊統(tǒng)與原濁循環(huán)水系統(tǒng)分開(kāi)預(yù)算投資需70萬(wàn)元。流過(guò)渡區(qū)中即流動(dòng)過(guò)程的擾動(dòng)較輕實(shí)際工況下冬考慮以上兩途徑所需費(fèi)用太高都未采納。天新管皆為紊流過(guò)渡流態(tài),而夏天舊管整個(gè)O-O-.根據(jù)本文的技術(shù)分析在保證實(shí)際工況(因現(xiàn)工O2-O;管中皆處在紊流粗糙區(qū)，這與抽空現(xiàn)象發(fā)生況保證了水冷效果不希望變化)不變及管路布置變?cè)诟咚?、夏天且是在系統(tǒng)工作近兩年后這個(gè)事實(shí),化不大的前提下采取了改善管路中的流動(dòng)狀態(tài),以有一定程度的吻合。由此認(rèn)為,管中的流態(tài)對(duì)抽空減少氣體釋出量的策略來(lái)排除抽空現(xiàn)象的簡(jiǎn)單途.現(xiàn)象的產(chǎn)生有直接關(guān)系。根據(jù)溶解于液體中的氣體徑為此提出只須改變對(duì)流態(tài)影響較大的局部管段釋出的條件對(duì)液體的擾動(dòng)越大外界靜壓越低則氣O2-03的管徑將其由原管徑DN300放大到與其前體釋出就越多這個(gè)基本理論，認(rèn)為實(shí)際工況情況夏段管段0-O2相同的管徑DN450這樣明顯降低了天舊管中的流態(tài)是產(chǎn)生氣體過(guò)多釋放的必要條件。流速和雷諾數(shù),同時(shí)消除了O2點(diǎn)突收局部損失。對(duì)在其它情況中流態(tài)相對(duì)平穩(wěn),氣體釋出量較少較改變管徑后的供水系統(tǒng)進(jìn)行工況參數(shù)計(jì)算和流態(tài)分易隨水流帶走，也就出現(xiàn)不了明顯的抽空現(xiàn)象。析列在表1、表2和表3中。結(jié)果表明:供水泵組2.3管 路布置分析總供水量、OD,和OD2上的供水量略有增加在O2-從圖2中可看到O2點(diǎn)處是管徑由DN450突O3管段上的流速和雷諾數(shù)分別下降了55% 和然收縮到DN300的變化處,由流體力學(xué)理論可知32. 5%此處流態(tài)由粗糙區(qū)轉(zhuǎn)為紊流過(guò)渡區(qū)。同時(shí)，此處會(huì)形成局部的低壓渦區(qū)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)有利為了安全可靠在加壓泵進(jìn)口處加裝了-一個(gè)排氣閥。于氣體釋出加壓泵組軸安裝高度為0.2m ,低于O3采取上述技術(shù)改造措施,工程投資費(fèi)用僅需點(diǎn)進(jìn)水管口的位置3.0m這就構(gòu)成在加壓泵進(jìn)口存1.6萬(wàn)元。 經(jīng)改造后供水系統(tǒng)運(yùn)行至今已兩年多,在有高于泵殼最高點(diǎn)的空間O;點(diǎn)處有利于氣體積無(wú)論冬天和夏天未出現(xiàn)過(guò)-次抽空現(xiàn)象保證了所聚提供了形成氣囊的充分條件。由此認(rèn)為管路布有產(chǎn)品質(zhì)量取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。置為氣體釋出及氣囊形成提供了有利的客觀(guān)條件。參考文獻(xiàn)以上分析認(rèn)為抽空現(xiàn)象的產(chǎn)生不是加壓泵組氣蝕所造成,而是由于實(shí)際工況流量增大造成在高1 許玉望主編.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[ M]北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995水位、高水溫及舊管條件(臨界條件)下管路中的水2許玉望.-個(gè)新的求解單節(jié)點(diǎn)并聯(lián)供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.海軍流紊流度增大到提供水中氣體較多釋出的必要條工程學(xué)院學(xué)報(bào)195 771)27~32件加之管路布置不太合理,又提供了氣體積聚的空3姜乃昌.水泵及水泵站(新一版IM]北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版間為加壓泵進(jìn)口前形成氣囊創(chuàng)造了條件。由此當(dāng)社,1993供水系統(tǒng)在夏天高水位條件下工作時(shí)當(dāng)加壓泵前中國(guó)煤化工H鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院氣體存積到一定量時(shí)就會(huì)隔斷水流加壓泵就抽不上水僅排出存積的氣體形成了斷水的抽空現(xiàn)象。YHC N M H G070武漢治金科技大學(xué)給排水教研室又認(rèn)為.上述氣囊形成的條件,正好處在-個(gè)臨電話(huà)( 027 )87395029界狀態(tài)下即是剛剛滿(mǎn)足釋出的氣體在O;點(diǎn)處經(jīng)過(guò)收稿日期1999-7-1338給水排水 Vol.26 No.4 2000