磁力泵在氨精制系統(tǒng)中的應(yīng)用

田亮

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065；2.中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng)471012）

磁力泵在氨精制系統(tǒng)中的應(yīng)用

田亮

（1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065；2.中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng)471012）

本文介紹了磁力泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其在輸送有毒有害介質(zhì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)其在氨精制系統(tǒng)中輸送液氨的過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，分析了原因，提出了改進(jìn)措施。

磁力泵；應(yīng)用；故障分析；處理措施

1 磁力泵發(fā)展簡(jiǎn)介

石油化工業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了裝置的大型化和工藝流程的多樣化和復(fù)雜化，要求輸送介質(zhì)的流程泵具有更高的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。無(wú)泄漏磁力泵在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。

我國(guó)于上世紀(jì)70年代末、80年代初開(kāi)始研制磁力泵，由于磁路設(shè)計(jì)、材料選擇等種種原因，開(kāi)始僅局限于幾個(gè)大型的科研院所。80年代末、90年代初，在南方江浙地區(qū)出現(xiàn)小型磁力泵生產(chǎn)廠家，只能生產(chǎn)小功率塑料磁力泵。直至90年代后期，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)大功率金屬磁力驅(qū)動(dòng)泵的廠家大量出現(xiàn)，大大推動(dòng)了我國(guó)磁力泵的發(fā)展與應(yīng)用。

據(jù)沈陽(yáng)水泵廠情報(bào)處提供：國(guó)外磁力泵的應(yīng)用達(dá)到泵使用總量的30%，國(guó)內(nèi)不足2%。磁力泵在一定范圍內(nèi)有取代普通泵和其他無(wú)泄漏泵的趨勢(shì)。

2 磁力泵的工作原理

磁力驅(qū)動(dòng)泵是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在磁場(chǎng)的作用下使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子通過(guò)泵軸和葉輪連在一起，電動(dòng)機(jī)就通過(guò)內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子足夠的磁吸力的作用帶動(dòng)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，達(dá)到輸送液體的目的，而內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間并不接觸。為了達(dá)到使輸送介質(zhì)不產(chǎn)生泄漏的目的，在內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間裝有隔離套，輸送的液體被封閉在隔離套內(nèi)，解決了普通機(jī)泵的機(jī)械密封的泄漏問(wèn)題，也就是說(shuō)磁力泵把動(dòng)密封轉(zhuǎn)化成了靜密封，所以說(shuō)磁力泵是一種無(wú)泄漏泵。

3 磁力泵在氨精制系統(tǒng)中的應(yīng)用

氨精制系統(tǒng)是洛陽(yáng)石化四聯(lián)合污水汽提裝置的一部分，它采用濃氨水循環(huán)洗滌—結(jié)晶吸附聯(lián)合工藝，將污水汽提塔側(cè)線冷凝分離出來(lái)的粗氨氣經(jīng)過(guò)進(jìn)一步精制脫除硫化氫，利用氨壓機(jī)壓縮成工業(yè)液氨儲(chǔ)存在液氨罐內(nèi)，再由液氨泵定期送至油品車間。

氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨具有腐蝕性，容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。許多煉化企業(yè)逐步引進(jìn)了各類磁力泵以達(dá)到介質(zhì)無(wú)泄漏的要求。

磁力泵采用平底隔離套，隔離套材質(zhì)采用鈦合金，軸套和止推盤(pán)片采用YWN8，滑動(dòng)軸承采用SSIC材質(zhì)，磁轉(zhuǎn)子部件材質(zhì)選用釤鈷2:17永磁材料。該泵自2005年投入生產(chǎn)以來(lái)，多次發(fā)生故障，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行。主要故障問(wèn)題為：第一，氣蝕，泵無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行；第二，軸向力平衡不好，導(dǎo)致滑動(dòng)軸承、軸套、止推盤(pán)損壞；第三，內(nèi)轉(zhuǎn)子退磁，內(nèi)轉(zhuǎn)子部件處介質(zhì)發(fā)生汽化現(xiàn)象。

4 故障分析及處理措施

4.1 氣蝕，泵無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行

原因分析：

為保證泵的可靠運(yùn)行，不發(fā)生氣蝕，必須滿足在任何工況下，裝置有效氣蝕余量Δha≧泵必需的最小氣蝕余量Δhr。由現(xiàn)場(chǎng)給定的使用條件確定的裝置汽蝕余量Δha=0.8m，該磁力泵必需的最小氣蝕余量Δhr=1.5m，Δha≦Δhr，產(chǎn)生汽蝕[1]。

4.1.1 提高裝置有效氣蝕余量Δha的措施

為保證不發(fā)生氣蝕，從用戶角度要盡可能多地提供吸入動(dòng)力，即要提高吸入表面壓力，減少液體飽和蒸汽壓，減少吸入面和泵軸中心垂直距離，減少吸入管路中的水力損失等。其中吸入表面壓力和液體飽和蒸汽壓，在石油化工廠都有操作工藝決定的。作為設(shè)備技術(shù)人員，在裝置建成投產(chǎn)后，很難改動(dòng)這兩個(gè)參數(shù)，主要采用灌注頭吸入裝置，即吸液缸液面比泵軸線位置高。另外就是要減少吸入管路中的水力損失，這主要是在吸入管路中盡可能減少閥門和彎頭等。

首先將兩個(gè)液氨儲(chǔ)罐的容積變大，同時(shí)將液氨罐高度提高至1.3m，磁力泵的高度降低至0m，目前的高度差為1.3m；其次磁力泵移位至液氨儲(chǔ)罐的旁邊，這樣就使泵入口管線縮短了10.0 m，彎頭減少了3個(gè)。

4.1.2 提高泵本身抗氣蝕的措施

采用誘導(dǎo)輪，將其設(shè)計(jì)成圓柱形外緣和圓錐輪轂的高揚(yáng)程誘導(dǎo)輪，裝入泵入口，當(dāng)液體流過(guò)誘導(dǎo)輪時(shí)便對(duì)液體做功而增加能量，相當(dāng)于對(duì)進(jìn)入后面葉輪的液體起增壓作用，從而提高泵的吸入性。防止液氨在泵入口汽化產(chǎn)生的汽蝕，以保護(hù)泵的運(yùn)行。

通過(guò)以上改進(jìn)措施后，目前由現(xiàn)場(chǎng)給定的使用條件確定的裝置汽蝕余量Δha=1.3m，改進(jìn)后的磁力泵必需的最小氣蝕余量Δhr=0.8m，Δha≧Δhr，不會(huì)產(chǎn)生汽蝕。

4.2 內(nèi)轉(zhuǎn)子退磁，內(nèi)轉(zhuǎn)子部件處介質(zhì)發(fā)生汽化現(xiàn)象

原因分析：

磁力泵的軸承、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和隔離套在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生熱量，這將使工作溫度升高，一方面使傳遞的功率下降，另一方面對(duì)輸送液氨這樣易汽化液體，泵會(huì)產(chǎn)生很大的麻煩。磁鋼傳遞的能力隨溫度的升高是一條連續(xù)下降的曲線。

通常，在磁鋼工作極限溫度以下，其傳遞能力的下降是可逆的，而在極限溫度以上則是不可逆的，即磁鋼冷卻后，喪失的傳遞能力再也不能恢復(fù)。特殊情況下在磁力聯(lián)軸器出現(xiàn)滑脫（失步）時(shí)，隔離套中的渦流熱量會(huì)急劇增長(zhǎng)，溫度急劇上升，如不及時(shí)處理，會(huì)引起磁鋼退磁，使磁力聯(lián)軸器失效。綜上所述,轉(zhuǎn)子退磁的直接原因就是磁渦流產(chǎn)生的熱量沒(méi)能及時(shí)帶走,使轉(zhuǎn)子處的溫度高于磁塊的退磁溫度,而使轉(zhuǎn)子退磁。

因此磁力泵應(yīng)采用可靠的冷卻系統(tǒng)，同時(shí)部件選材也很重要。

4.2.1 改進(jìn)前，軸承循環(huán)冷卻槽采用兩個(gè)，循環(huán)路比較單一。改進(jìn)后,針對(duì)液氨容易氣化的特點(diǎn)，采用高壓進(jìn)低壓出循環(huán)路，取壓點(diǎn)非常高。介質(zhì)從葉輪出口經(jīng)過(guò)泵蓋上的液流孔流向內(nèi)轉(zhuǎn)子處，從泵蓋流出的介質(zhì)分成經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)子與隔離套的間隙流向軸孔和流向滑動(dòng)軸承，一起經(jīng)平衡孔流出。此種冷卻循環(huán)方式，盡量保證內(nèi)轉(zhuǎn)子的冷卻量及流速，增加了對(duì)轉(zhuǎn)子端軸承的循環(huán)冷卻。

4.2.2 對(duì)于摩擦副的選配方面，我們充分考慮液氨這種介質(zhì)對(duì)問(wèn)題的敏感性，選配方式，選用了金屬與石墨的配對(duì)方式，滑動(dòng)軸承更改為石墨，軸套更改為金屬結(jié)構(gòu)，止推盤(pán)更改為金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，大大地降低了軸承處的溫升，保證了軸承處不會(huì)出現(xiàn)汽化，干摩擦現(xiàn)象。

5 磁力泵運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)注意事項(xiàng)

5.1 磁力泵軸承為滑動(dòng)軸承，采用自身介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，若輸送介質(zhì)中含有固體雜物時(shí)，很容易造成軸承表面損傷，嚴(yán)重會(huì)造成軸承損壞，因此，為防止雜物對(duì)滑動(dòng)軸承的損害，必須在泵入口設(shè)置目數(shù)較高的過(guò)濾器（目前在大硫磺裝置中磁力泵入口設(shè)置有過(guò)濾器），并根據(jù)介質(zhì)情況定期清理。

5.2 嚴(yán)格禁止磁力泵在無(wú)介質(zhì)、抽空或出口閥長(zhǎng)期關(guān)閉情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。磁力泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，隔離套處于交變的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生渦流發(fā)熱，這部分熱量必須由冷卻介質(zhì)及時(shí)帶走，否則當(dāng)內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子溫度超過(guò)磁性材料的居里溫度時(shí)，就會(huì)造成磁性材料永久退磁損壞。另外，磁力泵的滑動(dòng)軸承也是靠磁力泵本身輸送介質(zhì)進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，如果不能建立穩(wěn)定自身冷卻循環(huán)，也會(huì)對(duì)滑動(dòng)軸承造成損壞。

5.3 避免操作參數(shù)的大幅度波動(dòng)。操作參數(shù)的大幅度波動(dòng)會(huì)造成磁力泵泵軸的軸向竄動(dòng)，產(chǎn)生很大的軸向力，容易造成止推盤(pán)的損壞，所以，當(dāng)工藝條件變化時(shí)，應(yīng)平穩(wěn)操作，避免流量等參數(shù)大幅波動(dòng)。

5.4 在裝置開(kāi)停工過(guò)程中，需要對(duì)工藝管線、設(shè)備進(jìn)行吹掃時(shí)，避免蒸汽等高溫介質(zhì)過(guò)泵，防止軸承炸裂。

6 結(jié)論

磁力泵在氨精制系統(tǒng)輸送液氨幾年來(lái)，多次出現(xiàn)故障，大量的維修費(fèi)用增加了裝置運(yùn)行成本。為此，泵生產(chǎn)廠家陸續(xù)對(duì)泵進(jìn)行改造，車間通過(guò)技術(shù)改造，加強(qiáng)生產(chǎn)工藝上的平穩(wěn)操作，使磁力泵出現(xiàn)的問(wèn)題逐漸得到了解決。目前。機(jī)泵一直運(yùn)行良好，解決了由于修泵造成介質(zhì)泄漏、外排造成的環(huán)境污染問(wèn)題，滿足了環(huán)保、生產(chǎn)安全的需要。

[1]薛敦松等.石油化工設(shè)備檢修手冊(cè)-泵[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007.

[2]郭祖梁.石油化工工程師實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

TM355

A

1671-0037（2014）01-63-1.5

2013年12月6日。

田亮（1983.1-），男，在職研究生，助理工程師，研究方向：材料工程。