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摘要：分析了邯钢2250热轧除鳞泵节流装置产生气蚀的原因，通过给节流装置后的喇叭口加装吸气管和增大节流装置的直径，解决了管路的气蚀现象，保证了高压水除鳞系统的正常运行，满足了生产需要。
关键词：热轧；除鳞泵；节流装置；气蚀；喇叭口
【分类号】：TG333.2
1 前言
邯钢2250热轧生产线于2008年8月份建成投产，以生产汽车用钢、船体用结构钢、高耐候性结构钢等为主导产品，生产规模为年产热轧钢卷450万吨，带钢厚度1.2-25.4mm、宽度800-2130mm。除鳞系统主要设备包括除鳞泵泵组、高压蓄势器、缓冲水罐、自清洗过滤器、高压空压机及系统附属阀门。其中任一设备出现故障将严重影响热轧板卷的产量和生产的持续性，而处理这些故障需要大量的人力、物力，因此解决这些问题势在必行。本文针对除鳞泵节流装置存在的问题进行了改进，取得了较好效果。
2 原因分析
为了查出并解决节流装置气蚀问题，对此进行了详细分析，发现节流装置气蚀、泄漏和振动的主要原因是，设备的结构缺陷造成的流体“空化”现象。
2.1 喇叭口结构缺陷
节流装置的原理是，将最小流量阀排出的高压水经过多孔节流，使压力为220bar的高压水减压至10bar左右，最后经排空管排至污水沟。主要作用是为了减小设备的振动，保障设备和人员安全。原设计中，为了将节流装置后排空的水快速泄压，在节流装置和排空管之间设计了一个法兰连接的变径接头，俗称“喇叭口”，变径接头的型号为DN65/DN125，长度约为300mm，材质为1Cr18Ni9Ti。此“喇叭口”的结构缺陷就是造成流体“空化”等一系列问题的元凶。
2.2 流体“空化”现象
根据水利学分析，分子的活动能力是随温度增大和压强减小而增大的，在任何给定的温度下，如果液面上的压强低于饱和压强，就会出现快速蒸发和再凝结现象，称为“空化”。
与空化密切相关的危险的、瞬时低压状态，是由瞬时高速所导致的。根据伯努利方程（ ），在某个给定的位置（高度h=常数）之处，在液流中没有能量加入或吸出的情况下，如果速度增大，压力就必然相应的减小。但是，只要还有一些液体存在而尚未蒸发，就有一个最小可能的绝对压强，称为液体的蒸汽压。这个蒸汽压取决于液体种类及其温度。此值通常是低于大气压的。
如果液体中某点的局部速度太高，以至于压强降低到其蒸汽压，那么，该点的液体就会汽化（或沸腾），从而形成一些蒸汽泡。当流体流入压强较高的区域时，蒸汽泡会突然凝结；换言之，气泡会瞬间爆炸。当这个现象发生在管壁附近时，由于有液体射流从正对着壁面的一侧进入此气泡而开始发生爆裂。有些研究人员估算过这种射流速度可达110m/s，而这种射流撞击壁面时会导致高达507bar的压强。同时他们也估算了爆裂的热量。这种气穴周围的液体温度在不到千分之一秒的时间内升高到大约2100℃，尽管这些射流很小，担它们以高频率不断的出现；再与高温和氣泡爆裂所导致的激波结合在一起，就可能使壁面材料损坏。
2.3 避免“空化”的手段
为了避免空化，需要保持每一点的绝对压强都比蒸汽压强大。有几种方法可以保证实现这一点。1：提高总体的压强水平。2：将机械设计得恰到好处，使其没有一处的局部流速大到能产生这么低的压强。3：允许大气中的空气进入低压区。
3 改进措施
3.1 确定方案
为了最大程度减少管路“空化”，经过对除鳞系统和设备反复探讨、研究得出，采取第三种措施是比较可行且经济的，即在节流装置后的喇叭口上方加装一个吸气管（如图1），使大气中的空气进入低压区，减小管路内的真空度，以保证管路内的绝对压强高于蒸汽压，
从而大大降低了管路中流体的空化，减小或消除了管路气蚀现象。
3.2 改造节流装置
3.2.1 将节流装置由原来的DN65mm改造成DN80mm；
3.2.2在保证泵出口压力的情况下，经过计算，将节流装置中的节流孔由φ36mm扩至φ42mm；
3.2.3在节流装置后的“喇叭口”上增加了DN20mm的吸气管；
图1改进后的喇叭口
为了进行验证，利用定修时间，对1#泵进行了相应的改造，并进行了跟踪调查。经过1周时间的运行，再次对喇叭口进行解体检查，发现管路内的气蚀现象明显减小，管路的振动和噪音也大幅度下降。
随后，将其余的4台泵也进行了相同的改造，并根据使用的效果对加装的吸气管直径进行了调整。
4 改进后的效果和效益
通过采取以上措施，节流装置气蚀现象得到了明显的改善。
4.1 改造效果
4.1.1 减小了节流装置振动和噪音。
4.1.2降低了节流装置后喇叭口的修复和更换周期。改进前，每周必须对 “喇叭口”更换一次，改进后，只需每三个月进行更换一次。从而保障了设备和人身安全，减轻了检修频度和强度。
4.2 效益
4.2.1 经济效益
改造后，避免了因管路泄漏造成的设备损坏，保障了生产的连续性，延长了设备的维护和使用周期，年约降本增效40万元左右。
4.2.2 社会效益
经过改造后的除鳞管路，振动和噪音明显减小，至目前，该系统已经运行一年从未发生类似事故，保证了生产的正常运行。
5 结语
对邯钢2250热轧除鳞系统节流装置改造后，管路的振动和噪音大幅度下降，管路内的气蚀现象明显减小，延长了喇叭口的修复和更换周期，大大节省了检修时间，减轻了检修强度，缩短了设备停机率，保证了热轧生产线的顺利运行，为邯钢产品提质增效打下了良好基础。
关键词：热轧；除鳞泵；节流装置；气蚀；喇叭口
【分类号】：TG333.2
1 前言
邯钢2250热轧生产线于2008年8月份建成投产，以生产汽车用钢、船体用结构钢、高耐候性结构钢等为主导产品，生产规模为年产热轧钢卷450万吨，带钢厚度1.2-25.4mm、宽度800-2130mm。除鳞系统主要设备包括除鳞泵泵组、高压蓄势器、缓冲水罐、自清洗过滤器、高压空压机及系统附属阀门。其中任一设备出现故障将严重影响热轧板卷的产量和生产的持续性，而处理这些故障需要大量的人力、物力，因此解决这些问题势在必行。本文针对除鳞泵节流装置存在的问题进行了改进，取得了较好效果。
2 原因分析
为了查出并解决节流装置气蚀问题，对此进行了详细分析，发现节流装置气蚀、泄漏和振动的主要原因是，设备的结构缺陷造成的流体“空化”现象。
2.1 喇叭口结构缺陷
节流装置的原理是，将最小流量阀排出的高压水经过多孔节流，使压力为220bar的高压水减压至10bar左右，最后经排空管排至污水沟。主要作用是为了减小设备的振动，保障设备和人员安全。原设计中，为了将节流装置后排空的水快速泄压，在节流装置和排空管之间设计了一个法兰连接的变径接头，俗称“喇叭口”，变径接头的型号为DN65/DN125，长度约为300mm，材质为1Cr18Ni9Ti。此“喇叭口”的结构缺陷就是造成流体“空化”等一系列问题的元凶。
2.2 流体“空化”现象
根据水利学分析，分子的活动能力是随温度增大和压强减小而增大的，在任何给定的温度下，如果液面上的压强低于饱和压强，就会出现快速蒸发和再凝结现象，称为“空化”。
与空化密切相关的危险的、瞬时低压状态，是由瞬时高速所导致的。根据伯努利方程（ ），在某个给定的位置（高度h=常数）之处，在液流中没有能量加入或吸出的情况下，如果速度增大，压力就必然相应的减小。但是，只要还有一些液体存在而尚未蒸发，就有一个最小可能的绝对压强，称为液体的蒸汽压。这个蒸汽压取决于液体种类及其温度。此值通常是低于大气压的。
如果液体中某点的局部速度太高，以至于压强降低到其蒸汽压，那么，该点的液体就会汽化（或沸腾），从而形成一些蒸汽泡。当流体流入压强较高的区域时，蒸汽泡会突然凝结；换言之，气泡会瞬间爆炸。当这个现象发生在管壁附近时，由于有液体射流从正对着壁面的一侧进入此气泡而开始发生爆裂。有些研究人员估算过这种射流速度可达110m/s，而这种射流撞击壁面时会导致高达507bar的压强。同时他们也估算了爆裂的热量。这种气穴周围的液体温度在不到千分之一秒的时间内升高到大约2100℃，尽管这些射流很小，担它们以高频率不断的出现；再与高温和氣泡爆裂所导致的激波结合在一起，就可能使壁面材料损坏。
2.3 避免“空化”的手段
为了避免空化，需要保持每一点的绝对压强都比蒸汽压强大。有几种方法可以保证实现这一点。1：提高总体的压强水平。2：将机械设计得恰到好处，使其没有一处的局部流速大到能产生这么低的压强。3：允许大气中的空气进入低压区。
3 改进措施
3.1 确定方案
为了最大程度减少管路“空化”，经过对除鳞系统和设备反复探讨、研究得出，采取第三种措施是比较可行且经济的，即在节流装置后的喇叭口上方加装一个吸气管（如图1），使大气中的空气进入低压区，减小管路内的真空度，以保证管路内的绝对压强高于蒸汽压，
从而大大降低了管路中流体的空化，减小或消除了管路气蚀现象。
3.2 改造节流装置
3.2.1 将节流装置由原来的DN65mm改造成DN80mm；
3.2.2在保证泵出口压力的情况下，经过计算，将节流装置中的节流孔由φ36mm扩至φ42mm；
3.2.3在节流装置后的“喇叭口”上增加了DN20mm的吸气管；
图1改进后的喇叭口
为了进行验证，利用定修时间，对1#泵进行了相应的改造，并进行了跟踪调查。经过1周时间的运行，再次对喇叭口进行解体检查，发现管路内的气蚀现象明显减小，管路的振动和噪音也大幅度下降。
随后，将其余的4台泵也进行了相同的改造，并根据使用的效果对加装的吸气管直径进行了调整。
4 改进后的效果和效益
通过采取以上措施，节流装置气蚀现象得到了明显的改善。
4.1 改造效果
4.1.1 减小了节流装置振动和噪音。
4.1.2降低了节流装置后喇叭口的修复和更换周期。改进前，每周必须对 “喇叭口”更换一次，改进后，只需每三个月进行更换一次。从而保障了设备和人身安全，减轻了检修频度和强度。
4.2 效益
4.2.1 经济效益
改造后，避免了因管路泄漏造成的设备损坏，保障了生产的连续性，延长了设备的维护和使用周期，年约降本增效40万元左右。
4.2.2 社会效益
经过改造后的除鳞管路，振动和噪音明显减小，至目前，该系统已经运行一年从未发生类似事故，保证了生产的正常运行。
5 结语
对邯钢2250热轧除鳞系统节流装置改造后，管路的振动和噪音大幅度下降，管路内的气蚀现象明显减小，延长了喇叭口的修复和更换周期，大大节省了检修时间，减轻了检修强度，缩短了设备停机率，保证了热轧生产线的顺利运行，为邯钢产品提质增效打下了良好基础。