無泄漏泵的選擇與應用

遲靜波

(惠生工程(中國)有限公司)

無泄漏泵的選擇與應用

遲靜波*

(惠生工程(中國)有限公司)

介紹了常見無泄漏泵——磁力泵和屏蔽泵的結構特點，比較和分析了兩者結構形式上的差異性，以期為實際工作中合理選用性價比高的泵型提供指導。

磁力泵 屏蔽泵 結構形式 選型

磁力泵和屏蔽泵均屬于無泄漏泵，在結構上只有靜密封，沒有動密封的存在，因此在輸送易燃、易爆或毒性液體等介質時可防止泄漏，在石油化工裝置上應用廣泛。結構形式的不同決定了兩者在適用性上存在著較多差異。筆者闡述了如何從兩種泵型的結構差異性方面進行比較，以便在實際工作中確保無泄漏的前提下，合理選用實用性強和經濟性高的泵型。

1 磁力泵結構形式和工作原理

磁力泵由泵頭、磁力耦合器、軸承架、軸承體、滑動軸承、滾動軸承及電動機等構成。結構形式如圖1所示。關鍵部件磁力耦合器由外磁驅動單元、內磁轉子單元以及無導磁的隔離套組成。當電動機帶動外磁驅動單元旋轉時，磁場能穿透空氣隙和非磁性物質，帶動與葉輪相連的內磁轉子單元做同步旋轉，實現動力的無接觸傳遞。磁力泵的葉輪安裝在泵軸與內磁轉子單元的共用軸上，介質充滿泵腔和內磁轉子單元，介質在隔離套與內磁轉子單元腔體內循環，帶走磁渦流產生的熱量，同時潤滑軸承。由于不存在機械密封，內部接觸介質的零件被泵體、泵蓋及隔離套等完全封閉，從而實現無泄漏。

圖1 單級磁力泵

2 屏蔽泵結構形式和工作原理

屏蔽泵主要由泵頭、屏蔽電機、轉子組件、軸承體及滑動軸承等構成，結構形式如圖2所示。葉輪安裝在屏蔽電機軸上，介質充滿泵腔和電機轉子腔，電機定子腔內壁及轉子鐵芯均襯有屏蔽套，高壓內循環介質流經轉子腔，帶走電機產生的熱量，同時潤滑滑動軸承，因所有的轉子零部件都在靜密封的密閉單元內旋轉，不存在機械密封，從而避免介質的泄漏。

圖2 單級屏蔽泵

3 磁力泵和屏蔽泵的差異性

3.1 流量和揚程范圍

受磁力耦合器功率的影響，磁力泵在輸送大流量時難以勝任，同時也僅限于介質密度相對較小的情況。而屏蔽泵可以通過改變泵頭部分結構進行軸向力平衡設計，還可以通過大規格轉子前后的壓差平衡軸向力，大規格轉子腔同時也具備增設輔助平衡機構(如平衡輪、平衡盤)的條件，因此易實現較大流量的輸送。

磁力泵揚程受限于磁力耦合器的最大功率和隔離套的承壓能力，最高只能達到900m，而屏蔽泵目前揚程可達到2 000m。

3.2 電極功率檔和功率范圍

磁力耦合器的標準化程度很高，采用的電機符合國際標準，可選擇的電機功率檔很多；而屏蔽電機一般憑借屏蔽泵生產廠家多年累積的經驗設計，電機功率分檔較大，會產生在選型時接近臨界功率檔的情況。

另外，對于出口的泵而言，有些國家對電氣防爆證的取證機構要求較苛刻。對于屏蔽泵，因上述非標準化原因不僅會增加生產周期，反復的取證工作也會耗費大量的成本，加之近年來對于電機進線口的要求較多，屏蔽泵的標準接線盒進線口及配置的進線口引入裝置均為公司標準，面對客戶對于進線口或鋼管布線進線、或壓盤式、或鎧裝電纜進線式等多變的要求，會增加成本、延長交貨周期。

3.3 適用溫度

當介質溫度超過100℃時，由于電機絕緣等級的要求，屏蔽泵需使用高溫泵型，或使用帶水套電機(造成成本增加)，磁力泵在接近220℃時，仍可選用常規泵結構。然而當溫度超過300℃時，已接近永磁體的極限溫度(350℃)，此時高溫屏蔽泵成為首選。

對于低溫泵，一般介質在較高壓力下才能轉化為液態，而高承壓能力的要求會制約磁力泵的應用；此外，低溫介質的汽化壓力隨溫度變化較為敏感，磁力泵較屏蔽泵可調整的內部空間較小，因此在介質的適用溫度上，屏蔽泵占有較多的選擇優勢。

3.4 承壓能力

屏蔽泵的基本設計為二次密封和二次控制，無泄漏相對安全性比磁力泵高出很多。屏蔽泵的定子屏蔽套外直接與電機定子鐵芯相接，定子鐵芯很厚，使得屏蔽泵的承壓等級可以高達10MPa以上，而磁力泵因隔離套懸浮于內磁轉子單元與外磁驅動單元之間，其承壓能力受限于自身厚度和封頭結構，承壓能力一般為4MPa，如單純通過增加隔離套厚度以增大承壓能力時，會造成磁渦流損失增加，導致磁力耦合器效率下降，造成磁力泵整機效率下降。

3.5 介質性質

磁力泵中使用永磁磁塊，輸送的介質中不允許有鐵磁性物料的存在，否則微小顆粒集聚在磁塊周圍，將堵塞內循環通道，致使軸向力破壞，也會導致磁渦流熱量無法排散，嚴重時可造成磁塊燒毀退磁，造成滑動軸承干磨碎裂。

對于粘度較高的介質，屏蔽泵轉子較磁力泵長，在平衡軸向力方面有優勢；但對于粘度較小的介質，屏蔽泵轉動部件相對磁力泵內磁轉動單元較重，不易形成滑動軸承的液膜。對于大型屏蔽泵而言，必須做成立式結構，在介質粘度允許范圍內，磁力泵仍可采用臥式結構，相對簡單。

3.6 危害介質的輸送

對于氰化氫、環氧乙烷及液氯等具有劇毒或易燃易爆的危害介質，屏蔽泵應為首選，因為屏蔽泵的基本結構都是二次密封，電機外殼可以實現二次保護(如果屏蔽套破損介質不會直接漏到大氣中去)，并且采用多種監控設備加以保護，如使用電機壓力監控、雙層定子屏蔽套的內部監控、電機部分采用完全焊接式結構等。而磁力泵多為標準化設計，以適應普通離心泵外形安裝尺寸，如增加二次密封，由于需要改變驅動單元滾動軸承的潤滑方式，使用稀油潤滑，會增加成本。

3.7 材料選擇和占地空間

無泄漏泵常用的特殊材料有哈氏合金、904L、20合金以及K合金等。因磁力泵過流部件比屏蔽泵少，整機材料成本比較低，從經濟角度出發，宜首選磁力泵。

磁力泵帶有外部電機，需占據較大空間，若現場空間受限，宜選用結構緊湊、占地空間較小的屏蔽泵。

3.8 振動和噪聲要求

對于振動和噪聲要求嚴苛的環境應優先選擇屏蔽泵，因為屏蔽泵無電機風扇，噪聲水平相對較低。磁力泵噪聲主要來自電機風扇，且磁力泵一般由電機軸、磁力耦合器驅動軸和泵軸構成傳動軸系，對中要求較高，其振動相對于屏蔽泵也會略大。

3.9 設備安裝和現場可維護性

磁力泵須對聯軸器進行對中找正，而屏蔽泵因自身為一體化設計，直接安裝即可達到要求，相對較為容易。

磁力泵除非損壞零部件造成軸向力影響外，一般出現問題均可現場處理更換，包括驅動單元的組件。而屏蔽泵現場可更換的零件較少，尤其當屏蔽電機發生問題時，一般現場不具備條件，需返廠維修，對生產造成一定影響。

4 結束語

屏蔽泵因內部空間留有余地，可調整結構，因而在流量、揚程、功率、溫度及壓力等方面具有較大的調節范圍優勢，同時屏蔽泵的電機外殼可視為二次密封，安全性更高。如果對磁力泵也有二次密封的要求，就要采用雙隔離套結構，造價會增加很多。綜上所述，屏蔽泵較磁力泵具有相對較多的優勢，然而屏蔽泵的電機多為泵生產廠家根據經驗設計，標準化程度低，生產周期、成本上有劣勢，屏蔽泵除滑動軸承和過流墊片外沒有其他的易損零件，免維護運行時間比磁力泵長。屏蔽電機出現問題時一般需返廠維修，會對生產造成影響，如在選用時考慮增加備泵，也會增加投資成本。因此，在選擇無泄漏泵時，應結合實際情況，綜合考慮工藝參數、建設成本、運行成本、維護成本以及生產周期等因素，才能選擇出性價比較優的泵型。

TQ051.21

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0254-6094(2016)01-0120-03

*遲靜波，女，1968年11月生，工程師，項目采購經理。上海市，201204。

2015-08-18)