多晶硅工廠屏蔽泵的故障分析及處理

史文良

摘 要：瑞能二期2013年6月18日正式投產(chǎn)，根據(jù)裝置輸送介質(zhì)為易燃 腐蝕 有毒，而屏蔽泵具有無泄漏的優(yōu)點(diǎn)，包括精餾塔塔頂回流、TCS及STC輸送、急冷器噴淋、吸附柱冷凝液輸送均采用屏蔽泵，共計(jì)100余臺(tái)，但在投產(chǎn)半年多時(shí)間內(nèi)相繼出現(xiàn)多次軸承損壞，文章針對(duì)多次現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：多晶硅；屏蔽泵；故障；結(jié)構(gòu)；分析；處理

中圖分類號(hào)：TH38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）26-0177-02

1 屏蔽泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

屏蔽泵是由屏蔽電機(jī)和泵組合在一起的密封電泵，優(yōu)點(diǎn)是不泄漏，用于輸送易燃、易爆、劇毒、易揮發(fā)的液體，非常適合多晶硅企業(yè)輸送氯硅烷等介質(zhì)。

屏蔽泵由泵體，定子，屏蔽套，轉(zhuǎn)子（電機(jī)），前后軸承，軸套，推力盤，葉輪等組成，如圖1所示。屏蔽泵把泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被密封在一個(gè)輸送的介質(zhì)充滿的容器內(nèi)，泵和電機(jī)連在一起，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開，其動(dòng)力通過定子磁場傳給轉(zhuǎn)子，從而帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)把液體甩出去，液體從葉輪獲得壓力能和速度能，在液體自葉輪拋出時(shí)，葉輪中心部分造成低壓區(qū)，與吸入液面的壓力形成壓力差，于是液體不斷被吸入，并以一定的壓力排出，使液體不斷被輸送。

根據(jù)輸送介質(zhì)的壓力，溫度，粘度和組成成分，屏蔽泵可分為以下幾種常見類型：

基本型（又分外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)），逆循環(huán)型（臥式，立式），高溫分離型，自吸型，高融點(diǎn)型（又分外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)），泥漿密封型，氣封泥漿型，多級(jí)型等多種類型。

多晶硅生產(chǎn)過程均采用臥式屏蔽泵，包括基本型和逆循環(huán)型的單級(jí)和多級(jí)泵。

2 屏蔽泵發(fā)生的主要故障及原因分析

2.1 屏蔽泵發(fā)生的主要故障

二期投產(chǎn)后的幾個(gè)月里，屏蔽泵發(fā)生的主要故障是：

①軸套軸承推力板損壞嚴(yán)重。軸承、軸套消耗非常大。

②定、轉(zhuǎn)子屏蔽套損壞。造成屏蔽套損壞的原因，首先是軸承損壞或磨損超過極限值而造成定、轉(zhuǎn)子屏蔽套相擦而損壞，因此要密切注意運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承的點(diǎn)檢；其次是由于化學(xué)腐蝕造成焊縫等處產(chǎn)生泄漏。

③定子繞組損壞。除和普通電機(jī)一樣：過載、匝間短路、對(duì)地?fù)舸┑仍斐啥ㄗ永@組損壞的原因外，還有因定子屏蔽套損壞而導(dǎo)致介質(zhì)侵蝕電機(jī)繞組使繞組絕緣損壞。

這些故障不僅給生產(chǎn)運(yùn)行帶來操作上的困難，更帶來經(jīng)濟(jì)上的損失，從泵的運(yùn)行控制、工藝參數(shù)、工藝流程等方面進(jìn)行深入分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，99%以上都是前端軸承、軸套和推力盤出現(xiàn)損壞，其痕跡就是“干燒”或物料中含有固體顆粒導(dǎo)致的碾磨。

屏蔽泵大多采用以石墨（碳化硅）為材質(zhì)的滑動(dòng)軸承，依靠所輸送的液體介質(zhì)來潤滑。軸承潤滑和磨損情況，對(duì)屏蔽泵的持續(xù)可靠運(yùn)行十分重要。滑動(dòng)軸承由徑向和軸向兩部分組成，其中軸向軸承運(yùn)行狀況的好壞和泵的軸向力的平衡關(guān)系極大，泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)均要設(shè)法使泵的軸向力保持平衡。

2.2 造成屏蔽泵故障的原因分析

2.2.1 前端軸承、軸套、推力盤磨損，出現(xiàn)干磨現(xiàn)象

有4種情況造成：缺液、汽蝕、固體顆粒碾磨、口環(huán)磨損量過大。

①進(jìn)口缺液，導(dǎo)致流量不足，引起葉輪不斷向前移動(dòng)以尋求更多的液體來補(bǔ)充。但是由于入口根本沒有更多的液體來補(bǔ)充，葉輪就一直向前壓住吸液，導(dǎo)致前端軸承端面和推力盤一直緊密接觸，高速旋轉(zhuǎn)帶來的劇烈摩擦導(dǎo)致局部溫度急劇升高，其軸承處極薄的液膜被瞬間汽化，導(dǎo)致軸承缺液干燒損壞。

②汽蝕，汽蝕的形成很復(fù)雜。

開車初期，入口液罐的液位建立的較高，液位已漫過逆循環(huán)管路的回流管口，這是逆循環(huán)型屏蔽泵所不能容忍的，導(dǎo)致泵轉(zhuǎn)速上去后產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

排氣不徹底，導(dǎo)致吸液帶氣。泵的操作工況未按照HQ曲線圖進(jìn)行，流量過小，電機(jī)發(fā)熱導(dǎo)致汽蝕發(fā)生。逆循環(huán)回流管路過長，彎頭過多，管路阻力大，亦或管路堵塞，導(dǎo)致回流量不足，導(dǎo)致泵內(nèi)溫度過高。

泵的入口壓力不足，泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)中液流跟不上，形成局部真空，易汽化的介質(zhì)便汽化掉。

③固體顆粒進(jìn)入泵體軸承摩擦副位置，引起軸承磨損損壞。固體顆粒來自三方面：系統(tǒng)中的雜質(zhì)，開車初期有較多的雜質(zhì)、系統(tǒng)內(nèi)部置換不徹底帶來的水解物、或者工藝調(diào)整中帶出來的老垢通過濾網(wǎng)進(jìn)入泵體內(nèi)。

泵體自身運(yùn)行過程中軸承備件上掉下的大顆粒材料進(jìn)入軸承螺旋流道并卡入其中，破壞液膜強(qiáng)行磨損軸承軸套。

開車前或者檢修后系統(tǒng)置換不徹底，導(dǎo)致水汽聚集于泵體軸承內(nèi)，灌入物料后又未及時(shí)啟動(dòng)，水解物生成堵塞螺旋流道，破壞液膜磨損軸承整套。

④口環(huán)磨損主要是由于滑動(dòng)軸承損壞，磨損的間隙超出極限值導(dǎo)致?？诃h(huán)的磨損一般都會(huì)出現(xiàn)葉輪端面磨損，葉輪背后的口環(huán)磨損。前端軸承、軸套、推力盤損壞后，偶爾出現(xiàn)后端軸承軸套和推力盤損壞，其所占比率大約在1/20。拆開后我們可以根據(jù)以下部件的磨損情況進(jìn)一步分析確認(rèn)：

泵體口環(huán)和葉輪口環(huán)有磨損，說明軸承內(nèi)徑過量磨損，需更換軸承；

葉輪前蓋板與泵體有磨損，說明前軸承端面過量磨損，需更換軸承；

軸承內(nèi)徑磨損，軸套、推力盤磨損并顏色變黑，說明腔內(nèi)氣體沒有排凈、缺液或空轉(zhuǎn)，需更換備件；

前軸承端面與推力盤表面磨損，后部軸承、推力盤無磨損，說明軸推力向前，泵處于缺液狀態(tài)。檢查入口過濾器是否堵塞、系統(tǒng)是否供液不足、泵是否發(fā)生汽蝕；

后軸承端面與推力盤表面磨損，前部軸承、推力盤無磨損，說明軸推力向后，有可能流量過大，檢查是否出口閥開啟過大；

定、轉(zhuǎn)子屏蔽套磨損，而軸承內(nèi)徑尺寸沒有超過極限值，說明有異物進(jìn)入電機(jī)腔內(nèi)，檢查入口過濾器有無損壞。

2.2.2 定子絕緣值偏低，定子繞組損壞

此種情況一般為安裝期間保管不當(dāng)造成，只需電氣拆開烘干即可。

軸承磨損超過極限值，“掃膛”后損壞屏蔽套，介質(zhì)進(jìn)入定子繞組，引起定子繞組損壞。

2.2.3 輸送介質(zhì)中含有較多的固體小顆粒

重新選型，選適合這種工況的屏蔽泵，泥漿型屏蔽泵。

3 解決故障的具體辦法

概括地講就是處理進(jìn)泵前的源頭，加強(qiáng)平時(shí)檢查維保，科學(xué)選型。

3.1 解決前端軸承、軸套、推力盤磨損，出現(xiàn)干磨現(xiàn)象的

控制措施

加大清洗過濾器的頻率，進(jìn)口液罐增加壓力等辦法就可以解決。

如圖2所示，自動(dòng)清洗過濾器的技改流程簡圖說明：兩臺(tái)泵，一開一備，利用運(yùn)行的一臺(tái)出口高壓本性質(zhì)流體，去沖洗另一臺(tái)泵的存在堵塞的過濾器，沖洗液體去現(xiàn)有就近的導(dǎo)淋液收集槽，導(dǎo)淋液收集槽再視具體情況定期排放至冷氫化渣漿管車。

3.2 定子絕緣值偏低，定子繞組損壞的控制措施

注意保管干燥，使用前干燥處理，定期測試絕緣值。

3.3 輸送介質(zhì)中含有較多的固體顆粒的控制措施

重新選型，選適合這種工況的屏蔽泵，比如泥漿型屏蔽泵

4 故障的預(yù)防措施

4.1 正確操作

屏蔽泵的操作嚴(yán)格按操作規(guī)程執(zhí)行，注意排氣，避免反轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁空轉(zhuǎn)缺液，使其在泵的性能參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行。

4.2 加強(qiáng)泵的巡檢

①泵有無異響，震動(dòng)。

②查看電機(jī)電流是否在額定電流以下，額定電流的80%左右。

③看電機(jī)表面無明顯溫升（通常在介質(zhì)溫度以上30 ℃以內(nèi)）。

④出口壓力表在正常范圍內(nèi)，指針較穩(wěn)定，波動(dòng)小。

⑤TRG表指示應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。

⑥逆循環(huán)管線溫度比入口溫度高5 ℃以內(nèi)。

⑦冷卻水：常溫，0.3～0.5 MPa，水套各部位冷卻均勻。

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