屏蔽泵液流異常的危害與預(yù)防處理對策

甘樹坤 周國良

(1. 吉林化工學(xué)院；2. 中國石油吉林石化公司)

屏蔽泵液流異常的危害與預(yù)防處理對策

甘樹坤*1周國良2

(1. 吉林化工學(xué)院；2. 中國石油吉林石化公司)

介紹了屏蔽泵的結(jié)構(gòu)特點和基本原理，對液流異常的危害進(jìn)行了分析，采用監(jiān)測報警系統(tǒng)對其軸承磨損情況進(jìn)行監(jiān)測、監(jiān)控，并提出了合理有效的防范措施與預(yù)防處理對策。

屏蔽泵 循環(huán)液 液流異常 預(yù)防監(jiān)測

在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，泵是廣泛應(yīng)用的流體輸送設(shè)備，隨著人們環(huán)境保護(hù)和安全意識的不斷提高，無論其輸送的流體介質(zhì)是否具有危險性，都開始要求無泄漏的工藝環(huán)境和良好的工作環(huán)境。屏蔽泵是離心泵與三相交流電動機(jī)相結(jié)合的一種新型環(huán)保型泵類[1]，由于其沒有轉(zhuǎn)軸密封，實現(xiàn)了輸送介質(zhì)的零泄漏，解決了流體輸送過程中的跑、冒、滴、漏等環(huán)保、安全問題，因而在化工、石油、制造、航天、制冷及醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用[2]。筆者介紹了屏蔽泵的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了液流異常對泵的危害，采用預(yù)防監(jiān)測裝置對其軸承磨損情況進(jìn)行監(jiān)控，并提出合理、有效的處理對策。

1 屏蔽泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

屏蔽泵屬于離心泵，在結(jié)構(gòu)上只有靜密封沒有動密封，因此在輸送液體時能保證不泄漏。屏蔽泵結(jié)構(gòu)如圖1所示[3～5]，葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子固定為一體(葉輪與電機(jī)共軸)，被封裝在一個密封的壓力容器腔內(nèi)。定子組件的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子組件的外表面裝有屏蔽套進(jìn)行隔離，屏蔽套為非磁性的金屬薄板，為了與輸送的液體完全隔離，用耐腐蝕的金屬厚板在側(cè)面與其焊接在一起。電動機(jī)轉(zhuǎn)子與葉輪由電機(jī)前后的兩個滑動軸承支撐，轉(zhuǎn)子在輸送液體中運轉(zhuǎn)，所需動力由定子磁場傳遞。傳統(tǒng)離心泵具有的旋轉(zhuǎn)動密封裝置結(jié)構(gòu)在這里由靜密封裝置取代，能夠達(dá)到安全無泄漏的目的，因此屏蔽泵亦稱為無泄漏離心泵。

屏蔽泵的輸送介質(zhì)從泵的入口供液，并充滿泵室，通過葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用不斷地從排出口排出，然后分成主流部分和循環(huán)液部分。主流部分由排出口直接進(jìn)入壓力管道，保證生產(chǎn)工況的需求；循環(huán)液部分則由排出口經(jīng)過濾器進(jìn)入循環(huán)管，依次通過RB端蓋、后側(cè)軸承、軸承與軸套之間的間隙、電機(jī)腔內(nèi)(定子屏蔽套與轉(zhuǎn)子屏蔽套之間)的間隙、前側(cè)軸承與前側(cè)軸套之間的間隙、葉輪的平衡孔和葉輪吸入口端(泵室)，完成一次循環(huán)過程，并同時實現(xiàn)對電機(jī)腔體和軸承裝置進(jìn)行冷卻和潤滑的目的[1]。

由屏蔽泵的工作原理可知：屏蔽泵是依靠循環(huán)液的往復(fù)循環(huán)流動對電機(jī)腔內(nèi)的定子屏蔽套、轉(zhuǎn)子屏蔽套、軸承和軸套進(jìn)行冷卻和潤滑的。因此，循環(huán)液在屏蔽泵運行過程中起著非常重要的作用，主要表現(xiàn)為兩個方面：循環(huán)液的往復(fù)流動可將電機(jī)運行過程中產(chǎn)生的熱量帶走，防止過熱停車；循環(huán)液的往復(fù)流動相當(dāng)于對滑動軸承提供了冷卻潤滑劑，防止產(chǎn)生干磨擦。

圖1 屏蔽泵結(jié)構(gòu)1——泵體；2——過濾器； 3——調(diào)整墊片； 4——軸套； 5——墊片； 6——緊定螺釘； 7、13——軸承； 8、23——推力盤； 9——銷；10——接線盒； 11——RB端蓋； 12、44——密封墊圈； 14——排氣閥； 15——循環(huán)管； 16——活接頭； 17、21、29、32、37、40——螺栓； 18、39——止動墊圈； 19、27、38——墊圈；20、28、33——彈簧墊圈； 22——軸套； 24——軸； 25——轉(zhuǎn)子； 26——轉(zhuǎn)子屏蔽套；30——定子屏蔽套；31——定子； 34——機(jī)架；35——底座； 36——塞子； 41——鍵；42——葉輪； 43——FB端蓋

2 液流異常的危害

屏蔽泵在運行過程中出現(xiàn)的液流異?，F(xiàn)象主要包括空轉(zhuǎn)、流量不足及斷液等情況，對屏蔽泵電機(jī)和軸承裝置的危害極大：

a. 導(dǎo)致屏蔽泵電機(jī)腔內(nèi)的定子屏蔽套與轉(zhuǎn)子屏蔽套無法被及時冷卻，使其形成過熱，導(dǎo)致輸送介質(zhì)汽化，造成泵內(nèi)零部件損壞、自鎖停車，從而無法正常工作。

b. 導(dǎo)致泵內(nèi)的滑動軸承因沒有或缺少冷卻潤滑劑而產(chǎn)生軸承磨損，對滑動軸承裝置形成嚴(yán)重破壞。

屏蔽泵的軸承磨損主要有兩種形式：一種是軸承與軸套之間的磨損；另一種是軸承與平衡盤之間的磨損。這兩種磨損形式都將對屏蔽泵的正常運行造成嚴(yán)重危害[4]。

屏蔽泵的軸承與軸套嚴(yán)重磨損將會造成軸承與軸套的間隙增大，導(dǎo)致屏蔽泵在運行中出現(xiàn)以下幾種情況：

a. 產(chǎn)生劇烈的振動和異常的噪聲；

b. 泵軸產(chǎn)生徑向跳動，造成彎曲；

c. 由于葉輪跳動將和泵體產(chǎn)生摩擦、磨損和撞擊，從而導(dǎo)致葉輪、泵體的斷裂損壞；

d. 由于葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)產(chǎn)生摩擦、撞擊，從而造成口環(huán)磨損或泵體碎裂；

e. 定子與轉(zhuǎn)子的屏蔽套金屬表面產(chǎn)生相對摩擦、磨損，介質(zhì)侵入定子和轉(zhuǎn)子鐵芯，從而造成主線圈受損短路，電機(jī)燒損。

軸承與平衡盤之間的磨損主要是軸承端面與平衡盤端面的磨損，從而造成軸向不平衡；同時，開車時軸向竄動間隙增大，電機(jī)的電流增大，使葉輪與泵體嚴(yán)重摩擦，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和噪聲，從而導(dǎo)致葉輪與泵體損壞。另外，由于磨損可能產(chǎn)生火花而導(dǎo)致爆炸，造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。

3 屏蔽泵的預(yù)防監(jiān)測與處理對策

屏蔽泵的預(yù)防監(jiān)測裝置如圖2所示，該預(yù)防監(jiān)測裝置是根據(jù)單接線盒直接啟動電氣線路監(jiān)控原理進(jìn)行設(shè)計的，主要由信號監(jiān)測THJ熱元件、M.K模塊和TRG表3部分組成，并且與KZB空轉(zhuǎn)保護(hù)器、ZDB軸承磨損報警器相連接。屏蔽泵軸承的磨損情況可以通過該監(jiān)測裝置進(jìn)行現(xiàn)場檢查監(jiān)視和遠(yuǎn)距離監(jiān)控。屏蔽泵空轉(zhuǎn)(輸送介質(zhì)液流異常)時，KZB空轉(zhuǎn)保護(hù)器監(jiān)測到電流減小，然后自動停泵；軸承磨損時，ZDB軸承磨損報警器通過現(xiàn)場和遠(yuǎn)距離監(jiān)測、監(jiān)控裝置自動報警，防止空轉(zhuǎn)。TRG表指針顯示工作狀況，指示過大時，自動監(jiān)測控制系統(tǒng)啟動報警或自動停車等裝置，有效防止電機(jī)燒損等設(shè)備事故的發(fā)生。

圖2 屏蔽泵的預(yù)防監(jiān)測裝置

屏蔽泵內(nèi)介質(zhì)的汽化狀態(tài)監(jiān)測可通過計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，如欠載報警及自鎖停車等。

屏蔽泵軸承磨損和運行狀況可通過TRG表指針?biāo)诘?個區(qū)域(綠區(qū)、黃區(qū)和紅區(qū))進(jìn)行監(jiān)控、判斷和處理。TRG表綠區(qū)為安全區(qū)域；黃區(qū)為提示、注意區(qū)域；紅區(qū)為危險區(qū)域。屏蔽泵TRG表的初始值是預(yù)先調(diào)整好的，但由于運輸、定裝和實際介質(zhì)狀況(如溫度、粘度及比重等)與水壓試驗時不同等原因，實際初始運行時的指示值過大，因此需要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整。屏蔽泵連續(xù)工作運轉(zhuǎn)時TRG表指示狀況與處理對策見表1。

表1 屏蔽泵連續(xù)工作運轉(zhuǎn)時TRG表

屏蔽泵運行過程中如果出現(xiàn)液流異常現(xiàn)象，可以通過監(jiān)測報警系統(tǒng)進(jìn)行有效預(yù)防和處理。在實際生產(chǎn)運行過程中，要注意保持工況的工藝參數(shù)在正常狀態(tài)，輸送介質(zhì)流量平穩(wěn)，防止波動和不穩(wěn)定狀況的頻繁發(fā)生，這是保證屏蔽泵正常平穩(wěn)運行的重要條件。同時，操作人員的正確操作和對突發(fā)故障的有效處理是防范事故發(fā)生的重要因素。

4 結(jié)束語

介紹了屏蔽泵運行時液流異?，F(xiàn)象的危害，分析研究了預(yù)防監(jiān)控和工藝操作處理防范理論，通過監(jiān)測報警系統(tǒng)對其進(jìn)行監(jiān)測、監(jiān)控，提出合理有效的防范措施與預(yù)防處理方法，為屏蔽泵的正常、安全、穩(wěn)定運行提供了借鑒和保障。

[1] 周國良，劉興德，陳慶. 屏蔽泵在線監(jiān)測與故障判斷處理 [J].化工自動化及儀表，2013，40(3)：419～421.

[2] 甘樹坤，周國良，孟新.屏蔽泵運行過程中斷液或流量不足的危害與預(yù)防監(jiān)控[J].化工自動化及儀表，2014，41(10)：1208～1210.

[3] 周國良.泵技術(shù)問答[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4] GB/T 25140-2010，無軸封回轉(zhuǎn)動力泵技術(shù)條件(Ⅱ類)[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[5] API STD 685-2000，Sealless Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services[S].New York: American Petroleum Institute,2000.

*甘樹坤，男，1973年6月生，副教授。吉林省吉林市，132022。

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0254-6094(2015)02-0294-04

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