屏蔽泵在醋酐系統(tǒng)中的應(yīng)用及故障分析

李彩艷，楚艷民

(1.兗礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司，山東滕州 277527； 2.兗礦魯南化工有限公司，山東滕州 277527)

1 屏蔽泵發(fā)展簡介

各國為了節(jié)省費(fèi)用和改善環(huán)境，于1900年開始制造無密封泵。由于原子能工業(yè)發(fā)展的需求，到了1930年各國加速了對無密封泵的研究。1948年，美國化工泵公司(CHEMPUMP) 成功研制出可商用的屏蔽電泵，屏蔽泵是一種無密封泵，至今這種屏蔽電泵的結(jié)構(gòu)仍然是各國制造屏蔽電泵的基礎(chǔ)[1]。

2 屏蔽泵基本結(jié)構(gòu)

屏蔽泵是一個整體。定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面由非導(dǎo)磁性的、耐腐蝕的金屬薄板密封焊接而成，使定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯與輸送液體完全隔開，不受輸送液的浸蝕。另外，葉輪與轉(zhuǎn)子裝在一根軸上，由電機(jī)前后2個軸承支撐。整個轉(zhuǎn)子體浸沒在輸送液中，接液部中沒有與外界貫通的轉(zhuǎn)動零部件，因而是一種絕對無泄漏的結(jié)構(gòu)[2-3]。

屏蔽泵的一種基本型結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1屏蔽泵結(jié)構(gòu)圖

3 屏蔽泵特點(diǎn)

(1)輸送液體不會泄漏，適合用于輸送對人體有害的、強(qiáng)腐蝕性的、易燃易爆的、昂貴的、有放射性的液體。

(2)不會從外界吸入空氣或其他東西，適合用于真空系統(tǒng)的運(yùn)行和接觸外界空氣易變質(zhì)的場合。

(3)不需要注入潤滑液和密封液，即無需注油，同時也不會污染輸送液。

(4)適合用于輸送高溫、高壓、超低溫、高熔點(diǎn)液體，利用這種泵無軸封的特點(diǎn)來解決有軸封泵難以解決的上述特殊液體。

(5)電機(jī)與泵成一體，采用積木式結(jié)構(gòu)，非常緊湊，所以體積小、質(zhì)量輕、占地面積小，安裝簡單。

(6)因無冷卻電機(jī)風(fēng)扇，所以運(yùn)轉(zhuǎn)聲音很小。

(7)主要維護(hù)為更換軸承，所以減少了運(yùn)行成本。

4 屏蔽泵常見故障

4.1 軸承碎裂、出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象

故障描述：前后軸承均碎裂，前后軸套磨損，前推力盤磨損嚴(yán)重，葉輪和FB蓋處有明顯汽蝕痕跡。軸承碎裂后，造成定子屏蔽套被磨漏以致定子進(jìn)液。

故障分析：轉(zhuǎn)子總體質(zhì)量大，潤滑不足，出現(xiàn)汽蝕后，后腔壓力增高，軸向力向前，導(dǎo)致故障。

采取措施：更換新式SiC軸承，擴(kuò)張泵逆循環(huán)節(jié)流孔，增加進(jìn)口液位高度及吸入壓力，以改善裝置汽蝕余量，更換超硬軸承，更換定子屏蔽套。

4.2 誘導(dǎo)輪葉片斷裂、軸套燒結(jié)

故障描述：誘導(dǎo)輪葉片斷裂，后軸頭螺栓脫落，前后軸承磨損，軸套燒結(jié)，輔軸承軸套磨損嚴(yán)重。

4.2.1 故障分析

(1)現(xiàn)場泵運(yùn)行方式為間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，有效運(yùn)轉(zhuǎn)時間約15 min，啟停較為頻繁，對泵的沖擊較大。

(2)前期泵的逆循環(huán)管路與泵出口回流管路并聯(lián)在一起，泵在運(yùn)行時，打開回流管路，回流管路的壓力遠(yuǎn)大于逆循環(huán)管路壓力，對泵逆循環(huán)管路形成阻礙，影響泵逆循環(huán)流量。

(3)現(xiàn)場泵的運(yùn)行依靠程序控制，前期由于程序設(shè)定的不合理，導(dǎo)致停泵前40 s左右回流管路與出口管路全開，負(fù)載過大，逆循環(huán)流量迅速下降，導(dǎo)致循環(huán)流量嚴(yán)重不足。

(4)逆循環(huán)管路安裝的流量計(jì)，閥芯為升降式，阻力較大，且在停泵階段，閥芯下沉阻塞逆循環(huán)管路，導(dǎo)致電機(jī)腔內(nèi)因電機(jī)溫升引起的物料汽化產(chǎn)生的氣體無法排出。

4.2.2 采取措施

(1)現(xiàn)場允許的情況下，將運(yùn)行方式改為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對泵的運(yùn)行比較有利。

(2)更改現(xiàn)場配管，將逆循環(huán)管路與回流管路通過安裝閥門將其隔斷，減少逆循環(huán)管路的阻力，保證正常的逆循環(huán)流量，以保障泵的正常運(yùn)行。

(3)現(xiàn)場通過更改程序，將停泵40 s前全開的回流管路閥門改為部分開度，避免泵的負(fù)載過大而降低逆循環(huán)流量，保證正常的逆循環(huán)流量。

(4)拆掉逆循環(huán)管路流量計(jì)，增加排氣閥門，每次啟泵前對泵腔及電機(jī)腔進(jìn)行充分的排氣。

4.3 運(yùn)轉(zhuǎn)時間短、泵出口壓力下降

故障描述：運(yùn)轉(zhuǎn)約20 min，泵出口壓力下降。停泵拆機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)后軸承碎裂，后軸套燒結(jié)表面變色，后推力盤磨損。

故障分析：電機(jī)內(nèi)氣化造成后軸承、軸套及推力盤干磨；另電機(jī)水套局部溫度過高，可能水套內(nèi)有堵塞。返廠將電機(jī)水套解剖發(fā)現(xiàn)，水套內(nèi)部全部被水及其他雜質(zhì)填滿，無法起到冷卻作用。

采取措施：更換電機(jī)水套。

4.4 流量達(dá)不到泵的設(shè)計(jì)要求

故障描述：泵在使用時，揚(yáng)程、電流都完全滿足泵性能要求，但流量無法滿足泵的設(shè)計(jì)要求。將出口閥門開到最大，仍然達(dá)不到額定流量，反而導(dǎo)致出口壓力不平穩(wěn)，壓力持續(xù)下降。

故障分析：檢查管路、清洗過濾器時發(fā)現(xiàn)，“T式”過濾器設(shè)置不合理，導(dǎo)致入口吸入量不足，無法達(dá)到額定流量。

采取措施：更換合適的過濾器。

4.5 運(yùn)行短時發(fā)出噪聲，電流異常變大

故障描述：泵運(yùn)行8 min，發(fā)出噪聲，電流突然變大，拆泵后發(fā)現(xiàn)軸承端面及后推力盤端面破碎。

故障分析：母液介質(zhì)比較特殊，密度大，易氣化，P型泵的循環(huán)量不夠，造成后端軸承磨損。

采取措施：增加循環(huán)管，增加循環(huán)量。

4.6 電流值偏小

故障描述：此泵運(yùn)行2 h，電機(jī)表面溫度達(dá)到70 ℃，出口壓力數(shù)據(jù)正常，電流值小，達(dá)不到額定流量時的電流值。

故障分析：出口管線上某一環(huán)節(jié)有堵塞。將出口管線上閘閥拆開進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在閘閥內(nèi)有臟污堵塞，并且閘閥損壞。

采取措施：更換新的閘閥。

4.7 后部注液罐內(nèi)進(jìn)入物料

故障描述：泵使用200 h后，后部注液罐內(nèi)有物料混入。

故障分析：泵在使用時，因后部注液罐壓力低于泵入口壓力，導(dǎo)致物料進(jìn)到后部注液罐內(nèi)。

采取措施：提高后部注液罐壓力，運(yùn)轉(zhuǎn)時始終保持比泵入口壓力高(2±0.5) kg/cm2。

4.8 定子進(jìn)液

故障描述：泵運(yùn)行近三個月后定子進(jìn)液，返廠維修。拆機(jī)檢查，在軸承、定子套等無異常磨損情況下，定子套前側(cè)Ω凹槽底部有一處輕微裂紋，經(jīng)氮?dú)鈾z驗(yàn)，該裂紋處出現(xiàn)滲漏。

故障分析：現(xiàn)場在操作使用時，很可能是升溫或降溫速率超過150 ℃/h，導(dǎo)致屏蔽泵板材因急速熱脹冷縮，產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力而發(fā)生開裂；另一種可能是制造過程中電機(jī)定子套有劃傷，泵在使用一段時間后發(fā)生開裂。

采取措施：泵返廠維修。注意被導(dǎo)熱油浸泡過的定子繞組不允許再次使用。

4.9 電源控制箱接線出錯

故障描述：停電后電源控制室內(nèi)變電箱打火，無法從星型轉(zhuǎn)換到角型，現(xiàn)場泵的壓力上不去，電路控制箱提示缺項(xiàng)，無法啟動。

故障分析：現(xiàn)場電工人員檢查線路的同時將泵的主接線盒體和副接線盒體拆下，檢查定子繞組中的引線與接線架連接的情況發(fā)現(xiàn)電源控制室內(nèi)電路控制箱的出線接錯。

采取措施：重新排查電源控制室控制箱的接線，糾正之前接錯的出線。

4.10 泵振動過大

故障描述：泵振動過大。

故障分析：泵在現(xiàn)場實(shí)際使用的流量低于泵要求的最小流量2.4 m3/h,導(dǎo)致泵內(nèi)循環(huán)量不足，液溫升高產(chǎn)生汽化，造成易損件干磨，并且軸推動力發(fā)生變化，產(chǎn)生振動。

采取措施：一是加大使用流量，達(dá)到額定流量的70%～120%，保證循環(huán)量達(dá)到最佳軸推動力狀態(tài)；二是在不具備大流量生產(chǎn)時，可在出口處增加旁通管路返回入口罐內(nèi)，形成自循環(huán)，從而達(dá)到第一種方案的效果[4]。

5 屏蔽泵的汽蝕

5.1 汽蝕現(xiàn)象概述

液體汽化時的壓力為汽化壓力。溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈，因此飽和蒸汽壓越高。在一定溫度下，壓力是促成液體汽化的外界因素。

5.2 泵內(nèi)產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象

(1)產(chǎn)生振動和噪聲。

(2)過流部件的腐蝕破壞。

(3)性能下降。

5.3 裝置汽蝕余量的計(jì)算方法

式中：NPSHa——裝置汽蝕余量，m；

ps——換算到基準(zhǔn)面上泵的進(jìn)口靜壓力，Pa;

vr——測量壓力斷面的液體平均速率，m/s；

ρv——抽送液體溫度下的汽化壓力，Pa；

ρ——介質(zhì)密度，g/m3；

g——重力加速度，m/s2。

根據(jù)泵的不同流量計(jì)算得到的汽蝕余量結(jié)果，見圖2。

圖2 泵的不同流量與汽蝕余量的關(guān)系

5.4 汽蝕的解決方案

(1)加誘導(dǎo)輪可以改善汽蝕性能，誘導(dǎo)輪安裝于泵軸第一個葉輪前，誘導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

(2) 增加管徑。

(3) 降低安裝高度。

(4) 降低輸送介質(zhì)的溫度。

(5) 使泵體內(nèi)灌滿液體，或在進(jìn)口處增加緩沖罐。