屏蔽泵停車后短時間起動的危害與預(yù)防監(jiān)控

周國良 楊忠義 趙子龍

(1.中國石油吉林石化公司，吉林 吉林 132021；2.中國石油大慶石化煉油廠，黑龍江 大慶 163711)

屏蔽泵是新型環(huán)保型泵，它取消了傳統(tǒng)離心泵的旋轉(zhuǎn)密封裝置，構(gòu)成靜密封裝置，具有全密封和無泄漏的優(yōu)點，解決了流體輸送過程中的跑、冒、滴問題[1]。在石油、化工、制造、航天、核工業(yè)、制冷及醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

屏蔽泵電機定子與電機轉(zhuǎn)子都裝設(shè)在密封壓力容器腔體內(nèi)，電動機轉(zhuǎn)子與葉輪共軸，并由電機前后兩組滑動軸承支撐[2,3]。由一個電線組提供旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。定子組件的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子組件的外表面裝有非磁性金屬薄板制成的定子和轉(zhuǎn)子屏蔽套，其結(jié)構(gòu)簡圖見文獻[3]。屏蔽泵是由輸送的介質(zhì)對軸承和電動機進行潤滑的[4]，輸送的介質(zhì)首先對前軸承進行潤滑冷卻，并在排出口分為兩種流體，一部分介質(zhì)進入工藝管道，一部分介質(zhì)由排出口進入循環(huán)管，對屏蔽泵的后軸承裝置和電機腔體進行潤滑和冷卻[5]。但屏蔽泵長時間運行停止后再在短時間內(nèi)起動時，泵工作腔體內(nèi)介質(zhì)的變化與產(chǎn)生的汽蝕會對其造成一定危害[6]。文獻[5，6]在分析屏蔽泵結(jié)構(gòu)特點和基本原理的基礎(chǔ)上，對液流異常的危害進行分析，采用監(jiān)測報警系統(tǒng)對其軸承磨損情況進行監(jiān)測與監(jiān)控，并提出了合理有效的防范措施與預(yù)防處理對策[5]。在此，筆者采用轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3和轉(zhuǎn)動監(jiān)測TRG裝置設(shè)計其監(jiān)控系統(tǒng)，防范停車短時間內(nèi)起動造成的危害。

1 高溫產(chǎn)生的不同工況

屏蔽泵在運行過程中，軸承與軸套、平衡盤之間的摩擦和磨損會產(chǎn)生大量熱能，電機的定子與轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的磁場(磁效應(yīng))也使定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較高的溫度。屏蔽泵是由輸送的介質(zhì)對軸承和電機部位進行潤滑、冷卻的[5]。

屏蔽泵長時間運行停止后，軸承與軸套、平衡盤，電機腔定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的高溫使周圍的介質(zhì)沸騰并產(chǎn)生大量氣泡，氣泡的凝聚(結(jié))形成空穴。電機腔的高溫也使介質(zhì)汽化(大功率電機更明顯)，使介質(zhì)中的氣體逐漸逸出，形成大量的小氣泡，氣泡結(jié)合后向泵室中葉輪與出口處匯聚，形成新的空穴。

2 起動與汽蝕產(chǎn)生

屏蔽泵在短時間開車起動運轉(zhuǎn)，吸入的介質(zhì)以極高的速度向泵室內(nèi)的空穴沖擊；同時，介質(zhì)中的氣體也會大量逸出，并隨介質(zhì)進入葉輪流道的高壓區(qū)，在高壓作用下四周液體便會重新凝結(jié)并潰滅。介質(zhì)質(zhì)點相互撞擊形成部分水力沖擊，如圖1所示。由于水力沖擊的局部壓力很高，沖擊速度很快，使氣泡在葉輪或泵體等金屬表面附近潰滅，導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生剝蝕，引起泵流道表面損傷，甚至穿透，這種現(xiàn)象即為汽蝕。介質(zhì)的不斷汽化、凝結(jié)、沖擊和剝蝕現(xiàn)象就形成了泵的汽蝕。發(fā)生汽蝕現(xiàn)象時泵的性能變化曲線如圖2所示。

圖1 汽蝕現(xiàn)象

圖2 離心泵運轉(zhuǎn)性能和汽蝕變化曲線

3 汽蝕對屏蔽泵的危害

對運行工況的危害。介質(zhì)質(zhì)點相互沖擊，產(chǎn)生噪音和振動；大量汽泡破壞了泵內(nèi)介質(zhì)流動的連續(xù)性，使介質(zhì)流動間斷；泵的流量、揚程和效率明顯下降，性能曲線上出現(xiàn)斷裂工況，最后導(dǎo)致泵抽空斷流，如圖2虛線所示。

對泵室內(nèi)零部件的損害。葉輪流道表面會出現(xiàn)麻點，呈蜂窩海綿狀；汽蝕嚴重時可將葉片和蓋板蝕穿；軸承與軸套之間產(chǎn)生摩擦和磨損，造成軸承與軸套之間嚴重的損壞；軸承與平衡盤之間產(chǎn)生摩擦和磨損，造成軸承與平衡盤嚴重的損壞；軸承磨損產(chǎn)生軸向竄動，損壞葉輪、泵體和口環(huán)。

對電機的危害。介質(zhì)斷流，無法對屏蔽泵電機腔內(nèi)進行冷卻，使電機溫度快速升高，造成電機自鎖停車；定子屏蔽套與轉(zhuǎn)子屏蔽套金屬表面摩擦和磨損后透漏，介質(zhì)侵入定子和轉(zhuǎn)子鐵芯，造成主線圈受損短路，電機燒損。

4 屏蔽泵JBQ3監(jiān)測裝置

4.1 監(jiān)測系統(tǒng)

轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3和轉(zhuǎn)動監(jiān)測TRG表(TRG顯示工作狀況)可對屏蔽泵汽蝕進行監(jiān)控。轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3的輸入信號與屏蔽泵上轉(zhuǎn)動監(jiān)測TRG表的輸入信號相同，并且其面板上旋鈕的刻度與TRG表上的刻度同步，如圖3所示。當(dāng)TRG表上的指針指示與報警器預(yù)設(shè)的保護值相同時，繼電器輸出報警信號。

4.2 監(jiān)測報警

屏蔽泵汽蝕監(jiān)測報警器JBQ3的電氣線路如圖4所示，轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3的報警點端子1、2接通電源后，綠燈亮，報警器投入工作。端子4、5信號輸入端的TRG信號達到或超過報警器設(shè)定值時紅燈亮，報警釋放,同時端子6、7、8間的接點狀態(tài)改變。

5 結(jié)束語

屏蔽泵的汽蝕現(xiàn)象可以通過轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3和TRG裝置對其預(yù)防監(jiān)控。另外，若在短時間起動前打開屏蔽泵的排氣閥，進行充分的排氣處理，也是防止汽蝕產(chǎn)生的重要措施。

a. 轉(zhuǎn)動監(jiān)測報警器JBQ3

b. TRG表

圖4 監(jiān)測報警器JBQ3電氣線路

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

[2] Q/DDP.J.0201-2011,屏蔽電泵[S].大連帝國屏幕電泵有限公司,2011.

[3] 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.

[4] API685-2000,石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用無密封式離心泵屏蔽電泵[S].API規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)翻譯出版委員會,2000.

[5] 甘樹坤，周國良.屏蔽泵液流異常的危害與預(yù)防處理對策[J].化工機械，2015，42(2)：294～296.

[6] 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(3):1209～1210.