氯堿工業(yè)中固、液兩相流泵選用分析

梁寅祥

摘要:由于輸送介質(zhì)不同,輸送介質(zhì)的含固量,固體顆粒大小、顆粒軟硬程度,固、液兩相綜合粘度狀況以及對(duì)材料、腐蝕、磨蝕程度不同,選擇生產(chǎn)用泵類型也會(huì)有不同。因此對(duì)于各種使用工況都必須進(jìn)行認(rèn)真分析。

關(guān)鍵詞:固、液兩相流泵;選用;氯堿工業(yè)

中圖分類號(hào):X781.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3198(2009)23-0292-01

1概述

在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常需要輸送含固體顆粒的液體,譬如鹽泥、電石渣漿、脫硫漿液、污水處理、聚氯乙烯懸浮液、爐灰渣漿等輸送。由于輸送介質(zhì)不同,輸送介質(zhì)的含固量,固體顆粒大小、顆粒軟硬程度,固、液兩相綜合粘度狀況以及對(duì)材料、腐蝕、磨蝕程度不同,選擇生產(chǎn)用泵類型也會(huì)有不同。某些工礦適用容積泵輸送,而另外一些工礦卻需用特殊的離心泵輸送(鹽泥泵、聚氯乙烯懸浮液泵、渣漿泵、陶瓷泵、高吸入壓力離心泵、旋流泵)。選用合適輸送泵和可靠軸封做到兼能滿足工藝操作條件,又能達(dá)到長期穩(wěn)定運(yùn)行及降低泵能源消耗;使之投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。

2氯堿生產(chǎn)裝置固、液兩相流程泵選擇基本要求

(1)首先要求保持長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間保證在8000小時(shí)以上。

按照美國石油學(xué)會(huì)API610規(guī)定,泵要求連續(xù)運(yùn)行3年,年運(yùn)行8000小時(shí),壽命20年,要求輸送泵成熟、可靠,節(jié)能,拆裝檢修方便。

(2)輸送介質(zhì)屬于易燃、易爆、有毒固液兩相流工業(yè)流程泵,其軸封要求嚴(yán)密、可靠,杜絕泄漏。

一般采用雙端面機(jī)械密封和一套軸封沖洗冷卻系統(tǒng),也可采用單端面機(jī)械密封和一套軸封沖洗冷卻系統(tǒng)。動(dòng)密封摩擦付材料采用碳化硅、陶瓷、硬質(zhì)合金等抗磨損的材料。靜密封O形圈材料要注意介質(zhì)溫度和對(duì)介質(zhì)適應(yīng)性,介質(zhì)為有機(jī)溶劑的話,嚴(yán)禁使用橡膠制品,以免靜密封O形圈溶脹失效,機(jī)械密封遭破壞。

(3)介質(zhì)含固體顆粒狀態(tài)。

一般工業(yè)上輸送介質(zhì)含固體量>15%才稱為固、液兩相流。根據(jù)石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限公司(原石家莊水泵廠)研究資料介紹,由于固體沉降造成離心泵效率明顯下降。因此要考慮采用沉降速度理論及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)泵效率和揚(yáng)程進(jìn)行修正。一般其軸功率要比清水泵大10%以上,甚至于更大。具體可以由專業(yè)制造廠根據(jù)介質(zhì)操作狀況分析、計(jì)算、確定軸功率和配套電機(jī)功率。

若介質(zhì)綜合粘度很大,個(gè)人認(rèn)為單純按固、液兩相流離心泵對(duì)泵效率和揚(yáng)程修正是不夠的,尚還需按介質(zhì)綜合粘度去修正效率和揚(yáng)程進(jìn)行校核,取修正下降值大的來計(jì)算軸功率確定配套電機(jī)功率。當(dāng)介質(zhì)綜合粘度>100厘泊狀態(tài)下,離心泵效率有可能相對(duì)泵在水狀態(tài)下效率下降50%。此時(shí),要分析一下采用離心泵是否合理、是否可以其它形式泵取代(螺桿泵、齒輪泵、往復(fù)計(jì)量泵等),否則會(huì)使能耗大,影響長期運(yùn)行成本。若介質(zhì)有纖維狀、塊狀膠粒,要防止葉輪流道堵塞,葉輪結(jié)構(gòu)宜采用寬流道葉輪、開式葉輪,減少葉輪數(shù)量來適應(yīng)工況條件。

旋流泵葉輪為板式,葉輪緊靠泵體后部,介質(zhì)液由泵進(jìn)口輸入,經(jīng)葉輪旋流直接由泵體前部流向出口,同時(shí)85%料漿不受葉輪切割,一般采用低轉(zhuǎn)速,進(jìn)出口均在4“或4”以上(DN100),不易堵塞流道。對(duì)于聚氯乙烯懸浮液輸送,均采用板式葉輪、寬流道、低轉(zhuǎn)速。聚氯乙烯裝置中輸送料漿30—35%濃漿液,使用情況良好,且絕大部分料漿不受葉輪切割,高分子鏈不受破壞,且不易受堵。

(4)固、液兩相流離心泵材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

對(duì)于固、液兩相流離心泵,按輸送含固體顆粒、雜質(zhì)、液體對(duì)葉輪和泵體損壞原因分為兩類泵,一類是由固體顆粒沖刷腐蝕引起的,譬如:電石渣漿廢渣液輸送泵、鍋爐煤渣輸送泵。這類輸送泵含固在20—30%,顆粒為0.1-5mm左右,顆粒硬,但介質(zhì)基本上沒有什么腐蝕,主要是漿體中含有硬質(zhì)磨料的固體物(濃度、固體物粒度、形狀、硬度等),使渣漿泵過流部分產(chǎn)生磨損。泵過流段材料應(yīng)選用硬質(zhì)鎳、鉻26、27、A49等抗磨蝕好的材料,由于材料耐磨蝕性好,材料鑄造和加工性能很差,且是屬脆性材料,泵殼、葉輪等為高耐磨材料;另一類固體顆粒硬度度不大卻含腐蝕性介質(zhì),如聚氯乙烯料漿液輸送泵及鹽泥泵等,這類泵要求耐腐蝕性較好,葉輪、泵體材質(zhì)一般選304、316、或316l也襯天然橡膠、氯丁橡膠、耐磨高性能塑料等的固、液兩相流離心泵的結(jié)構(gòu),由于輸送含固體顆粒的液體,因此要求泵的過流部件耐腐蝕。為了防止杜塞,葉輪泵的葉片數(shù)較少,泵體采用較寬的流道;為了防止固體顆粒進(jìn)入軸封,也防止外部空氣流入,軸封處采用清洗業(yè)作為封液,并要求軸封結(jié)構(gòu)可靠,對(duì)于此類泵轉(zhuǎn)速一般不高,通常為1000—1450r/min,相應(yīng)的泵效率也較低。一般固、液兩相流離心泵的葉輪是平行蓋板,漿體進(jìn)入葉輪后,在出口處由中心向兩側(cè)形成外旋渦,使葉輪的前后蓋板和內(nèi)襯嚴(yán)重磨損,已造成過流部分部件壽命短;另一類國內(nèi)以石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司(原石家莊水泵廠)80年代引進(jìn)澳大利亞沃曼渣漿泵系列,泵設(shè)計(jì)的葉輪在出口處形成凹形,使葉輪兩側(cè)前后蓋板處的速度大于中間速度,泵漿體在出口處分成兩段流體,向中間旋轉(zhuǎn),造成內(nèi)旋渦狀。這種結(jié)構(gòu)泵迫使顆粒向中心流動(dòng),使兩側(cè)的濃度降低,從而減輕了泵體流道和兩側(cè)壁的磨損,外部連接件加設(shè)護(hù)套,進(jìn)出口法蘭為非標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)稱為標(biāo)準(zhǔn)渣漿泵形式。四川自貢工業(yè)泵廠開發(fā)“N”型泵也類似這種形式,單純?cè)鼭{泵軸封除用機(jī)械密封外也可采用動(dòng)力密封(副葉輪+填料密封)。

(5)固、液兩相流離心泵輸送液體時(shí)允許的最大含固率(重量含量):鹽35%,聚氯乙烯料漿液40%,電石渣40%,水泥50%,碳化鈣、石灰乳50%。

3在氯堿工業(yè)上的選用

3.1電石渣漿輸送泵

米脂某企業(yè)聚氯乙烯生產(chǎn)用的電石渣漿輸送泵,工況及選型如下:介質(zhì)主要成份為:電石渣、硅鐵渣及水,米脂年平均氣壓:918.hpa,電石渣漿比重:1200-1300kg/m3(含固量15-20%),必須氣蝕余量:3.9m,流量500m3/h,揚(yáng)程85m;電石渣漿輸送泵是聚氯乙烯生產(chǎn)的主要設(shè)備,介質(zhì)含固量高,硅鐵渣體型不規(guī)則且具有一定的比重,易對(duì)泵殼、葉輪形成磨蝕;根據(jù)以上工況,流道選沃曼泵設(shè)計(jì),泵殼材質(zhì)選用灰鑄鐵,前、后護(hù)板及葉輪材質(zhì)選Cr27,選Cr27原因抗磨蝕性能好,密封型式動(dòng)力密封(副葉輪+填料密封),填料用水基盤根,加外一套軸封沖洗冷卻系統(tǒng),泵轉(zhuǎn)速980r/min,型號(hào)200NG85;五年來基本運(yùn)行良好。

3.2聚氯乙烯料漿液輸送泵

米脂某企業(yè)聚氯乙烯料漿液輸送泵,工況及選型如下:介質(zhì)主要成份為:聚氯乙烯固體顆粒、水及VCM,米脂年平均氣壓:918.hpa,比重:1080-1150kg/m3,固體顆粒含量25—35%,必須氣蝕余量:3m,流量205m3/h,揚(yáng)程30m;根據(jù)以上工況,對(duì)聚氯乙烯料漿液輸送泵一般均采用板式葉輪、寬流道、低速;所以該泵選板式葉輪設(shè)計(jì),由于顆粒軟、磨蝕和腐蝕要求不高,但對(duì)清潔度有要求,所以泵殼及葉輪材質(zhì)選316,密封型式采用雙端面機(jī)械密封加外一套軸封沖洗冷卻系統(tǒng),動(dòng)靜選用硬質(zhì)合金,O型圈選氟橡膠,葉輪選用板式葉輪原因是漿不易受葉輪切割,高分子鏈不易受破壞,且不易堵塞流道,泵轉(zhuǎn)速1450r/min,型號(hào)LYO150-315B,已運(yùn)行五年,平穩(wěn)、可靠。

3.3鹽泥漿料輸送泵

米脂某企業(yè)鹽泥漿料輸送泵,工況及選型如下:其介質(zhì)主要成份為:泥漿、鹽水(22%鹽泥)、氯離子,米脂年平均氣壓:918.hpa,比重:1200kg/m3,流量100m3/h,揚(yáng)程55m,有效氣蝕余量:1.35m;根據(jù)以上工況,流道選用一般泵的外渦流設(shè)計(jì),泵殼、葉輪材質(zhì)選316,選316材質(zhì)的原因是它有好的耐腐蝕性,且有一定的耐磨性并能耐氯脆;密封型式填料密封(填料材料水基盤根),泵轉(zhuǎn)速1450r/min,泵型號(hào)LYO100-400,運(yùn)行3年一直平穩(wěn)、可靠。曾經(jīng)該工況泵設(shè)計(jì)選型為65ZGB離心泵式渣漿泵,該型泵為雙泵殼、且采用副葉輪加填料組合式密封,泵體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,經(jīng)常維修,運(yùn)行時(shí)故障率特高、穩(wěn)定差。

參考文獻(xiàn)

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