研究操作参数对喷射泵工作性能的影响

(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250101))

蒸汽喷射泵是将蒸发产生的二次蒸汽再次压缩，提高其温度与压力后再用作加热蒸汽，从而减少蒸发过程中加热蒸汽的耗量，达到节约能源的目的,是提高流体压力而不需要直接消耗机械能的设备。蒸汽喷射泵以其结构简单可靠、运转费用低廉的优点广泛应用于化工、制药及食品等领域[1]。

蒸汽喷射泵工作过程的焓-熵如图1所示，P、H点表示工作蒸汽和引射蒸汽进入喷射泵前的状态，C点表示混合蒸汽的出口状态。由图可知，喷射系数是单位质量的工作(驱动)流体通过喷射泵所能抽吸的引射流体的流量，即它在数值上等于引射流体的质量流量与工作流体的质量流量之比[2]。可见，喷射系数是评价喷射泵工作性能的主要指标。

图1 蒸汽喷射泵工作工程h-s

1 蒸汽喷射泵喷射系数的计算

1.1 主要操作参数

(1)驱动蒸汽(工作蒸汽)

在实际生产中,已定型喷射热泵的效率很大程度上决定于加热蒸汽压力的稳定与否，现以0.90MPa的饱和蒸汽作为驱动蒸汽，温度( Tp)为175.1℃。其中蒸汽需经调压阀调至0.90MPa(经调压阀会使蒸汽压力降低，如果不调压，直接进入设备的工作蒸汽温度不稳定，则使得蒸发器工作时也不稳定，难以控制)。

(2)引射蒸汽

引射蒸汽为第一效产生的二次蒸汽，假设为饱和蒸汽，其压力(PH)0.03424MPa，温度(TH)为71℃。

(3)混合蒸汽

喷射热泵的排出混合蒸汽是用于一效蒸发的加热蒸汽，混合蒸汽的压力( Pc)为0.14MPa，温度(Tc)为110℃。

1.2 喷射系数的计算

根据索科洛夫[3]计算喷射系数的方法可知，当蒸汽喷射热泵的工作蒸汽温度或压力，引射蒸汽的温度或压力和出口蒸汽的压力一定时，可按下列步骤计算可得到的喷射系数[4]:

(1)在λc3<1的范围内给出一系列的λc3值，求出于它对应的qc3值。

(2)根据公式(2)求得unp，并令u=unp。

(1)

(2)

(3)由公式(3)求得qH2值；

(3)

(4)根据计算所得的qH2，并运用气体动力学函数用计算出λH2。(5)再按公式(4)确定u值。

(4)

(5)

(6)当计算qH2时所采用的给定的 值大于按公式(3)所确定的 值时，则在u

图2 喷射系数的计算流程图

1.3 喷射系数的计算结果

用matlab编程计算得[5]，文中的蒸汽喷射热泵的喷射系数为u=0.238，所对应的最佳气体动力函数值见表1。

表1 喷射系数对应的气体动力函数值

2 各操作参数对喷射系数的影响

2.1 工作蒸汽对喷射系数的影响

维持引射蒸汽压力和混合蒸汽压力一定，即PH=0.03424MPa， PC=0.14MPa。当工作蒸汽压力分别为PP从0.6MPa变化到2.4MPa时，喷射系数随着工作蒸汽压力变化的曲线如图3所示。

图3 喷射系数随工作蒸汽压力的变化

当工作蒸汽压力PP=0.6MPa时，喷射系数是0.132，是在此研究范围内的最小值，如果继续降低工作蒸汽的压力，喷射系数会越来越小。由图3可以看出，随着工作蒸汽压力的提高，喷射系数随之增大，但是递增的梯度逐渐减小。当工作蒸汽的压力提高到2.0MPa时，喷射系数达到0.40，随着工作蒸汽压力的继续增大，喷射系数趋于平稳，基本保持不变。

2.2 引射蒸汽对喷射系数的影响

维持工作蒸汽压力和混合蒸汽压力一定，即PP=0.9MPa，PC=0.14MPa。当引射蒸汽(一效二次蒸汽)压力分别为PH从0.02MPa变化到0.045MPa时，喷射系数随着引射蒸汽压力变化的曲线如图4所示。

图4 喷射系数随引射蒸汽压力的变化

当引射蒸汽的压力在0.02MPa到0.045MPa时，喷射泵的喷射系数随着引射蒸汽的压力增加而增大,但引射蒸汽压力不是简单的越大越好，而应与蒸发工艺相互耦合。

2.3 混合蒸汽对喷射系数的影响

维持工作蒸汽压力和引射蒸汽压力一定，即PP=0.9MPa， PH=0.342MPa。当工作蒸汽压力分别为PC从0.08MPa变化到0.18MPa，喷射系数的随混合蒸汽压力变化的曲线，如图5所示。

图5 喷射系数随混合蒸汽压力的变化

由图5可以看出,混合蒸汽压力小于0.16MPa时，喷射系数随着混合蒸汽的压力增加而逐渐减小，且减少的梯度逐渐变小。当混合蒸汽的压力大于0.16MPa时，随着混合蒸汽压力的增大，喷射系数急剧减小，当混合蒸汽的压力为0.18MPa时，喷射系数的值为0.004。

3 结论

(1)适当的提高工作蒸汽、引射蒸汽的压力，降低混合蒸汽的压力，可以提高喷射泵的喷射系数。

(2)工作蒸汽压力过高会使得蒸汽成本增加，引射蒸汽压力增加、混合蒸汽压力减小会导致蒸发过程中的有效传热温差减少，使得蒸发设备的投资费用增加。故需要综合考虑工作蒸汽、混合蒸汽和引射蒸汽压力对蒸发工艺的影响。