氯堿工業中固、液兩相流泵選用分析

梁寅祥

摘要:由于輸送介質不同,輸送介質的含固量,固體顆粒大小、顆粒軟硬程度,固、液兩相綜合粘度狀況以及對材料、腐蝕、磨蝕程度不同,選擇生產用泵類型也會有不同。因此對于各種使用工況都必須進行認真分析。

關鍵詞:固、液兩相流泵;選用;氯堿工業

中圖分類號:X781.2文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)23-0292-01

1概述

在氯堿工業生產中,經常需要輸送含固體顆粒的液體,譬如鹽泥、電石渣漿、脫硫漿液、污水處理、聚氯乙烯懸浮液、爐灰渣漿等輸送。由于輸送介質不同,輸送介質的含固量,固體顆粒大小、顆粒軟硬程度,固、液兩相綜合粘度狀況以及對材料、腐蝕、磨蝕程度不同,選擇生產用泵類型也會有不同。某些工礦適用容積泵輸送,而另外一些工礦卻需用特殊的離心泵輸送(鹽泥泵、聚氯乙烯懸浮液泵、渣漿泵、陶瓷泵、高吸入壓力離心泵、旋流泵)。選用合適輸送泵和可靠軸封做到兼能滿足工藝操作條件,又能達到長期穩定運行及降低泵能源消耗;使之投資和運行費用等綜合性的技術經濟指標,符合經濟、安全、適用的原則。

2氯堿生產裝置固、液兩相流程泵選擇基本要求

(1)首先要求保持長期連續穩定運行,年運轉時間保證在8000小時以上。

按照美國石油學會API610規定,泵要求連續運行3年,年運行8000小時,壽命20年,要求輸送泵成熟、可靠,節能,拆裝檢修方便。

(2)輸送介質屬于易燃、易爆、有毒固液兩相流工業流程泵,其軸封要求嚴密、可靠,杜絕泄漏。

一般采用雙端面機械密封和一套軸封沖洗冷卻系統,也可采用單端面機械密封和一套軸封沖洗冷卻系統。動密封摩擦付材料采用碳化硅、陶瓷、硬質合金等抗磨損的材料。靜密封O形圈材料要注意介質溫度和對介質適應性,介質為有機溶劑的話,嚴禁使用橡膠制品,以免靜密封O形圈溶脹失效,機械密封遭破壞。

(3)介質含固體顆粒狀態。

一般工業上輸送介質含固體量>15%才稱為固、液兩相流。根據石家莊強大泵業集團有限公司(原石家莊水泵廠)研究資料介紹,由于固體沉降造成離心泵效率明顯下降。因此要考慮采用沉降速度理論及相關的經驗公式對泵效率和揚程進行修正。一般其軸功率要比清水泵大10%以上,甚至于更大。具體可以由專業制造廠根據介質操作狀況分析、計算、確定軸功率和配套電機功率。

若介質綜合粘度很大,個人認為單純按固、液兩相流離心泵對泵效率和揚程修正是不夠的,尚還需按介質綜合粘度去修正效率和揚程進行校核,取修正下降值大的來計算軸功率確定配套電機功率。當介質綜合粘度>100厘泊狀態下,離心泵效率有可能相對泵在水狀態下效率下降50%。此時,要分析一下采用離心泵是否合理、是否可以其它形式泵取代(螺桿泵、齒輪泵、往復計量泵等),否則會使能耗大,影響長期運行成本。若介質有纖維狀、塊狀膠粒,要防止葉輪流道堵塞,葉輪結構宜采用寬流道葉輪、開式葉輪,減少葉輪數量來適應工況條件。

旋流泵葉輪為板式,葉輪緊靠泵體后部,介質液由泵進口輸入,經葉輪旋流直接由泵體前部流向出口,同時85%料漿不受葉輪切割,一般采用低轉速,進出口均在4“或4”以上(DN100),不易堵塞流道。對于聚氯乙烯懸浮液輸送,均采用板式葉輪、寬流道、低轉速。聚氯乙烯裝置中輸送料漿30—35%濃漿液,使用情況良好,且絕大部分料漿不受葉輪切割,高分子鏈不受破壞,且不易受堵。

(4)固、液兩相流離心泵材質和結構。

對于固、液兩相流離心泵,按輸送含固體顆粒、雜質、液體對葉輪和泵體損壞原因分為兩類泵,一類是由固體顆粒沖刷腐蝕引起的,譬如:電石渣漿廢渣液輸送泵、鍋爐煤渣輸送泵。這類輸送泵含固在20—30%,顆粒為0.1-5mm左右,顆粒硬,但介質基本上沒有什么腐蝕,主要是漿體中含有硬質磨料的固體物(濃度、固體物粒度、形狀、硬度等),使渣漿泵過流部分產生磨損。泵過流段材料應選用硬質鎳、鉻26、27、A49等抗磨蝕好的材料,由于材料耐磨蝕性好,材料鑄造和加工性能很差,且是屬脆性材料,泵殼、葉輪等為高耐磨材料;另一類固體顆粒硬度度不大卻含腐蝕性介質,如聚氯乙烯料漿液輸送泵及鹽泥泵等,這類泵要求耐腐蝕性較好,葉輪、泵體材質一般選304、316、或316l也襯天然橡膠、氯丁橡膠、耐磨高性能塑料等的固、液兩相流離心泵的結構,由于輸送含固體顆粒的液體,因此要求泵的過流部件耐腐蝕。為了防止杜塞,葉輪泵的葉片數較少,泵體采用較寬的流道;為了防止固體顆粒進入軸封,也防止外部空氣流入,軸封處采用清洗業作為封液,并要求軸封結構可靠,對于此類泵轉速一般不高,通常為1000—1450r/min,相應的泵效率也較低。一般固、液兩相流離心泵的葉輪是平行蓋板,漿體進入葉輪后,在出口處由中心向兩側形成外旋渦,使葉輪的前后蓋板和內襯嚴重磨損,已造成過流部分部件壽命短;另一類國內以石家莊強大泵業集團有限責任公司(原石家莊水泵廠)80年代引進澳大利亞沃曼渣漿泵系列,泵設計的葉輪在出口處形成凹形,使葉輪兩側前后蓋板處的速度大于中間速度,泵漿體在出口處分成兩段流體,向中間旋轉,造成內旋渦狀。這種結構泵迫使顆粒向中心流動,使兩側的濃度降低,從而減輕了泵體流道和兩側壁的磨損,外部連接件加設護套,進出口法蘭為非標準,國內稱為標準渣漿泵形式。四川自貢工業泵廠開發“N”型泵也類似這種形式,單純渣漿泵軸封除用機械密封外也可采用動力密封(副葉輪+填料密封)。

(5)固、液兩相流離心泵輸送液體時允許的最大含固率(重量含量):鹽35%,聚氯乙烯料漿液40%,電石渣40%,水泥50%,碳化鈣、石灰乳50%。

3在氯堿工業上的選用

3.1電石渣漿輸送泵

米脂某企業聚氯乙烯生產用的電石渣漿輸送泵,工況及選型如下:介質主要成份為:電石渣、硅鐵渣及水,米脂年平均氣壓:918.hpa,電石渣漿比重:1200-1300kg/m3(含固量15-20%),必須氣蝕余量:3.9m,流量500m3/h,揚程85m;電石渣漿輸送泵是聚氯乙烯生產的主要設備,介質含固量高,硅鐵渣體型不規則且具有一定的比重,易對泵殼、葉輪形成磨蝕;根據以上工況,流道選沃曼泵設計,泵殼材質選用灰鑄鐵,前、后護板及葉輪材質選Cr27,選Cr27原因抗磨蝕性能好,密封型式動力密封(副葉輪+填料密封),填料用水基盤根,加外一套軸封沖洗冷卻系統,泵轉速980r/min,型號200NG85;五年來基本運行良好。

3.2聚氯乙烯料漿液輸送泵

米脂某企業聚氯乙烯料漿液輸送泵,工況及選型如下:介質主要成份為:聚氯乙烯固體顆粒、水及VCM,米脂年平均氣壓:918.hpa,比重:1080-1150kg/m3,固體顆粒含量25—35%,必須氣蝕余量:3m,流量205m3/h,揚程30m;根據以上工況,對聚氯乙烯料漿液輸送泵一般均采用板式葉輪、寬流道、低速;所以該泵選板式葉輪設計,由于顆粒軟、磨蝕和腐蝕要求不高,但對清潔度有要求,所以泵殼及葉輪材質選316,密封型式采用雙端面機械密封加外一套軸封沖洗冷卻系統,動靜選用硬質合金,O型圈選氟橡膠,葉輪選用板式葉輪原因是漿不易受葉輪切割,高分子鏈不易受破壞,且不易堵塞流道,泵轉速1450r/min,型號LYO150-315B,已運行五年,平穩、可靠。

3.3鹽泥漿料輸送泵

米脂某企業鹽泥漿料輸送泵,工況及選型如下:其介質主要成份為:泥漿、鹽水(22%鹽泥)、氯離子,米脂年平均氣壓:918.hpa,比重:1200kg/m3,流量100m3/h,揚程55m,有效氣蝕余量:1.35m;根據以上工況,流道選用一般泵的外渦流設計,泵殼、葉輪材質選316,選316材質的原因是它有好的耐腐蝕性,且有一定的耐磨性并能耐氯脆;密封型式填料密封(填料材料水基盤根),泵轉速1450r/min,泵型號LYO100-400,運行3年一直平穩、可靠。曾經該工況泵設計選型為65ZGB離心泵式渣漿泵,該型泵為雙泵殼、且采用副葉輪加填料組合式密封,泵體結構復雜,經常維修,運行時故障率特高、穩定差。

參考文獻

[1]@全國化工設備設計技術中心站機泵技術委員會.工業泵選用手冊[M].北京:化學工業出版社,1998.

[2]@張魏,潘立斌,張旭東.離心泵機械密封的選用[J].石油化工設備,2007,36(3).