循环水泵的使用与维护分析

王发英

中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116000

摘要：本文介绍了循环水泵应用于机组设备中的主要功能及冷却原理，并阐述了循环水泵使用过程中最常见的问题——水垢的形成原因。在此基础上，本文围绕超声波法、化学法（酸处理和碱处理两种方法）清除循环水泵中水垢的原理，希望为有关人员提供一定的参考，避免水垢长期存在，导致循环水泵运行效率下降。

关键词：循环水泵；水垢形成原因；超声波法；化学法

引言：循环水泵一般是指输送流体或使流体增压的一类机械设备，还包含某些输送气体的机械^[1]。此类设备的主要作用在于，向大型机组设备的中的汽轮机凝汽器设备供给冷却水，使其降温，最终完成排气，进而在安全条件下持续运转。在日常使用循环水泵的过程中，水泵容易出现结垢现象。若维护机制不健全，必定影响循环水泵使用寿命。

1.循环水泵的使用原理及使用过程中需注意的问题

1.1循环水泵的用途和作用原理

顾名思义，循环水泵的主要功能便在于源源不断地输送液体（多数情况下为水）或为水增压^[2]。而输送水或增加水压的主要目的在于，在短时间内将一定当量的水输送到特定的区域，用于降低设备的温度。比如汽轮机用循环水泵、汽车用循环水泵、大型空调机组等。上述设备在正常运转的过程中，燃烧能源、使用电能等作业环节必定会产生大量热量，导致机组设备温度整体升高。若不能及时降温，则会导致机组设备整体受损，进而影响运转效率。而在此时，将低温水源源不断地输送到处于高温状态的机组设备表面，在接触高温物质（温度可能达到数百摄氏度）的短时间内，水因吸收热量之后，会迅速转化为水蒸气。在相对较长的一段时间内，如果机组设备按照一定的效率持续运转，则会源源不断地产生热量。与之对应，若要保证冷却用水源源不断地供应到需要降温的设备所在处（冷却水的当量必须足够），需使用循环水泵，从而确保冷却作业及时、持续地开展。

1.2循环水泵使用过程中的常见问题

在每次启动循坏水泵之前，技术人员均应对水泵的清洁情况进行检查，应确保设备及管路系统处于能够正常运转且处于清洁状态。尽管如此，随着使用时间的提升，水泵内部最常见的问题在于：会逐渐凝结大量水垢，堵塞水泵管道，导致冷却水运输效率下降。水泵内产生水垢的主要原因在于：考虑到成本问题，使用的冷却水几乎不可能为经过处理的桶装水、纯净水，多为看似清亮，实则含有大量杂质的水。循环水泵长期接触杂质含量较高的水原本没有太大问题，但在设备运行的过程中，随着外部温度环境的变化，加之水泵管道因各种原因渗透部分其他物质时，便有可能使水中杂质在水泵管道中发生化学反应，进而凝结成固体，也即水垢。常见水垢的主要成分为碳酸钙和碳酸镁，有时也会包含少量硫酸钙以及极少量铁的氧化物。在纯净度不足的水中，原本便含有以离子形式存在的碳酸氢钙和碳酸氢镁，在常温状态下，这些离子会保持稳定。一旦外部环境温度变化，水中的阴离子——碳酸氢根便会分解为水和二氧化碳。随着二氧化碳的逐渐析出，水的酸碱值会增加（原因在于：水中还存在大量氢氧根离子，导致水的碱性增高）。而这些氢氧根会与尚未完成分解的碳酸氢钙、碳酸氢镁发生反应，最终成为碳酸钙和碳酸镁（均为微溶性盐，沉降后饱和度较低，可在管道和水泵处吸附而出），即为水垢。

2.循环水泵维护方法分析

2.1超声波除垢维护法

针对循环水泵进行维护时，需注重表面清洁工作，并定期检查螺栓等零部件是否磨损严重，必要时予以更换。除此之外，必须重视水垢清除工作。目前，常用的循环水泵物理除垢方法中，超声波法得到了较为广泛的应用。运用此种方法清除循环水泵水垢的作用机理为：依靠超声波的活化、剪切、空化三种效应。具体而言：第一，空化效应。人类的肉眼无法观察到水中的空隙，但并不代表水中没有空隙。事实上，水中有无数个肉眼不可见的极小空隙，其内携带空气（比如中学的化学实验，一些物质可在水中燃烧便可证明）。当向水中发射超声波后，水（溶液）中缝隙内潜隐藏的空气会发生周期性的振动，在向外传播的过程中，会持续与水垢接触，并将之一点一点地振落。第二，剪切效应。向水中发射超声波之后，超声波在传递的过程中会逐渐被与其接触的物质吸收。以水泵内部为例，主要物质包含水溶液中的金属离子、水垢（碳酸盐）、水。三种物质对超声波的吸收速度存在差异，而在分别吸收超声波的过程中，三者之间会形成一种“剪切力”，作用与水垢之后，使其逐层脱落。第三，活化效应。此种效应产生作用的原理建立在空化效应之上。具体而言，在空化效应发挥作用的过程中，由于水中缝隙中的空气受到超声波的震荡，会产生热效应，连带着会作用于水分子，进而将之分解为氢离子和氢氧根离子。随着氢氧根离子、氢氧根离子的增加，水（溶液）中的酸碱平衡会被再度打破，已经沉降为水垢的碳酸盐会再度溶解，继而可以达到清除水垢的目的。

2.2化学除垢维护法

通过上文所述可知，水垢的形成过程即为化学反应过程，故“反其道行之”，同样通过化学反应方式清除水垢，无论在理论层面还是实际操作层面，均具备较大的可行性。通过中学化学课本所知，绝大多数化学反应的过程实际上即是酸碱盐的生成与分解反应。因此，通过化学方式清洁循环水泵水垢的方法根据添加药剂的不同，可分为酸处理法和碱处理法。具体而言：第一，酸洗除垢方法。主要向溶液中添加酸和缓蚀剂。当两种物质加入水中之后，酸会与盐发生反应，进而达到清除水垢的目的。较为常见且成本较低的酸包含盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等。具体而言，磷酸的成本较高，而硫酸缺少配套的缓蚀剂。如果水垢的主要成分为硫酸钙时，硫酸与其发生的溶解反应度较低，且容易二次结垢。在剩余的两种酸中，硝酸的氧化性极强，加入水中后容易“失控（即可能无法作用于水垢，会产生其他反应，如与水结合生成氮气等）”。因此，综合比对之下，盐酸最为合适。而使用盐酸清除水垢时，可选择的缓蚀剂为乌洛托品、若丁、苯胺等。但在一些特定情况下，盐酸不易获得且只有硝酸时，可选择的缓蚀剂为高锰酸钾、硫脲等。第二，纯碱水除垢。尽管碳酸钙、碳酸镁等物质均为“盐”，在酸碱度方面相对中性。但实际上，上述物质依然偏酸性。因此，利用酸碱中和反应，使固态碳酸盐重新溶于水，便可达到除垢的目的。具体而言，向含有水的循环水泵中加入碱水（如氢氧化钙溶液）后，碳酸镁和碳酸钙会逐渐与之反应，生成性能更加稳定的氢氧化镁。除此之外，溶液中的碳酸氢根离子浓度也会随之增加，可将碱性溶液带入其中的多于钙离子溶解，重新生成碳酸氢钙。

3.循环水泵的日常维护

除了清洁水垢之外，日常循环水泵维修是确保循环水泵的质量，延长循环水泵使用寿命的主要工作。具体工作应包括以下几点：①验收。验收循环水泵各项技术指标，有关数据和出厂合格证。 验收应参照安装和维修的质量标准，不合格的应予处理。②总体维护要求。首先，循环水泵的日常维护和管理必须符合设备维护的八字政策，即“清洁，拧紧，润滑和调整”，泵体必须是 经常清洗。其次，定期检查泵体是否泄漏，循环泵的小零件是否固定以及是否生锈，并定期检查轴承油位以确保将其保持在标准量。最后，定期对阀螺钉进行润滑，以保持循环水泵的灵活性。③应定期对水池、渠槽进出口要定期进行清理，清楚杂物，保持管路畅通无阻。④循环水泵机组解体维修周期为:离心泵3000～5000h，混流泵5000h，很少运行的循环水泵3～5年。维修前，需要制定维修方案；对于定期维修需要做好维修记录，记录条目主要有维修部件、维修部位、维修原因、维修方法、维修结果、维修支出等，以便对水泵当前状态进行综合分析。

结语：综上所述，循环水泵使用期间产生水垢的主要原因在于，用于冷却用的水中含有大量杂质（如钙离子、镁离子等），经由水泵加压输送至需要冷却的设备的过程中，受环境因素变化的影响（温度升高等），金属离子会生成碳酸钙等化合物，沉降后便形成水垢。面对此种情况，可通过物理法（超声波震荡）、化学法（化学反应）的方式进行清除，从而有效维护循环水泵。

参考文献：

[1]洪坤,于明伦,罗金平,等.空分装置中循环冷却水系统的节能优化研究[J].风机技术,2021,63(S1):54-58.

[2]李国顺.三循汽电双驱水泵节电分析[J].石河子科技,2021(04):47-49.

作者简介：姓名：王发英(出生年月日:1978年10月29日）；性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁大连人，学历：专科；现有职称：机修钳工高级技师；研究方向：机修钳工高级技师以上级别