硫酸裝置襯氟磁力泵故障分析與處理

王民中

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

襯氟磁力泵是一種無動密封泵，通過磁力驅動器進行扭矩傳遞。磁力驅動器由外磁轉子、隔離套及內磁轉子組成。電動機帶動外磁轉子進行旋轉時，磁場能穿透不導磁的隔離套及空氣間隙，來帶動與泵軸及葉輪相連的內磁轉子進行轉動，動力傳動過程無接觸，從而避免輸送介質的泄漏[1]。襯氟磁力泵的過流部件如泵殼、隔離套等均用聚四氟乙烯進行包覆，葉輪通常采用整體塑料或金屬骨架包覆塑料[2]，泵殼耐磨環(huán)、葉輪耐磨環(huán)及葉輪軸軸承等部件采用耐化學腐蝕的氧化鋁陶瓷或碳化硅等材料制成[3]，因此襯氟磁力泵能夠輸送酸、堿、氧化劑等腐蝕性介質，由于介質封閉在靜止的隔離套內，解決了普通離心泵的軸封泄漏問題，廣泛應用于化工行業(yè)。

1 問題描述

國內某硫酸裝置采用丹麥WSA濕法制硫酸工藝，裝置中的洗滌水泵、急冷水泵兩個位號泵輸送介質中含有質量分數0～50%的硫酸，普通材質泵難以滿足使用要求，采用的是襯氟磁力泵。泵的進出口管路采用的是襯氟管道。

圖1 葉輪

圖2 蝸殼襯里

圖3 內磁轉子

裝置在投產運行后不久，部分襯氟磁力泵故障頻繁，主要問題為運行不暢及泵送流量不足，經拆解后發(fā)現：(1)洗滌水泵、急冷水泵葉輪磨損嚴重，葉輪扣環(huán)磨損嚴重(圖1)，蝸殼襯里磨損嚴重，導致蝸殼腐蝕出現砂眼(圖2)；(2)急冷水泵內磁轉子襯氟損壞，泵輸送量不足(圖3)。

2 原因分析

以洗滌水泵為例，該泵主要結構設計參數如表1所示。

表1 洗滌水泵主要設計參數

泵入口管路規(guī)格為DN200 mm，泵入口規(guī)格為DN125 mm，通過偏心異徑管DN200×125進行連接。將泵拆解測量發(fā)現，襯氟后的偏心異徑管小端內徑為φ82 mm，泵入口內徑為φ120 mm，在泵入口處存在突然的變徑，此處存在較大的流動損失，由于突然變徑造成的水頭損失計算如下[4]：

h—泵入口水頭損失，m；

v1—泵入口前介質流速，m/s；

v2—泵入口后介質流速，m/s；

其中：

則：

裝置中洗滌水泵的有效汽蝕余量為3.5 m，但在工藝計算時沒有考慮到管路襯里后引起的變徑造成的水頭損失，因此該值不能實際反映裝置的有效汽蝕余量，經計算出現故障的泵汽蝕余量實際情況如表2所示。

表2 泵汽蝕余量核算

為確保泵不發(fā)生汽蝕，離心泵在裝置中的NPSHa必須有一個安全裕量S，滿足NPSHa-NPSHr≥S[5]。在國際標準API610第6.1.8條提出買方應考慮一個適當的NPSH安全裕量，以保護泵免遭汽蝕而引起損壞，但并未規(guī)定安全裕量的大小，只是要求賣方應當根據具體泵型及使用條件推薦一個安全裕量大小[6]。國內相關標準中對此也有規(guī)定，如GB/T16907-2014《離心泵技術條件(Ⅰ類)》第4.1.3條規(guī)定：NPSHa應有比NPSHr大10%的裕量，且該裕量不得小于0.5 m[7]；GB/T5656-2008《離心泵技術條件(Ⅱ類)》第4.1.3條規(guī)定：裝置的最小NPSHa超過泵的NPSHr至少為規(guī)定的安全裕量，該安全裕量應不低于0.5 m；SH/T3139-2011《石油化工重載荷離心泵工程技術規(guī)范》第5.1.9條規(guī)定：泵在額定點的必需汽蝕余量NPSHr應至少比NPSHa小0.6 m[8]。

由相關標準規(guī)定可以看出，安全裕量S至少為0.5 m，即NPSHa-NPSHr≥0.5 m。由計算可知：由于泵入口處襯氟管道變徑所造成的水頭損失，導致裝置實際有效汽蝕余量大大降低，洗滌水泵在裝置中的有效汽蝕余量由3.5 m降低至2.47 m，急冷水泵在裝置中的有效汽蝕余量由3.5 m降低至0.13 m。計算所得到的NPSHa與NPSHr差值已完全不能滿足相關標準規(guī)定，導致泵汽蝕的發(fā)生。

由于存在嚴重的汽蝕，導致泵殼及葉輪襯聚四氟乙烯遭到破壞變形，造成泵殼與葉輪的間隙發(fā)生變化，造成泵殼及葉輪出現微小的碰撞咬合，導致襯氟磁力泵在運行初期便運行不暢、故障頻繁；裝置投產運行不久，泵殼及葉輪襯聚四氟乙烯進一步遭到破壞，泵殼部分襯里被擊破，使具有強腐蝕性的酸液與金屬泵殼相接觸，導致泵殼腐蝕出現砂眼；同時包覆內磁轉子的聚四氟乙烯也遭到破壞，當聚四氟乙烯被擊破后，酸液進入內磁轉子導致退磁，此時外磁轉子不能完全帶動內磁轉子進行做功，從而導致部分泵吸上量嚴重不足，進而影響裝置的連續(xù)運行。

3 解決措施

(1)針對管件襯氟后內徑過小，查找相關標準GB/T26500-2011《氟塑料襯里鋼管、管件通用技術要求》，發(fā)現所用管件的襯里厚度普遍偏厚，因此對襯氟磁力泵進出口的所有襯氟鋼管、管件進行檢查，并將進出口襯氟鋼管及管件的尺寸進行調整，將不符合內徑要求的鋼管、管件進行拆卸更換。

(2)襯氟管件更換后，先采用備用襯氟磁力泵進行運轉，以保證裝置的正常運行；對已經遭到破壞的泵殼、葉輪及內磁轉子等，聯(lián)系廠家對相關部件進行修復或更換。

經上述措施后，相關襯氟磁力泵能夠正常連續(xù)運轉，未再出現運行不暢或泵送流量不足等問題。

4 運行經驗總結

襯氟磁力泵由于其結構的特殊性，通常比普通的離心泵更易出現故障，運行使用過程中應著重注意以下幾點：(1)盡量避免小流量回流操作。在這種情況下運行時，短時間內輸送介質在泵的出入口循環(huán)流動，主軸葉輪高速旋轉及磁力驅動器產生的熱量使介質溫度升高，由于葉輪為聚四氟乙烯包裹鋼嵌件燒結而成，當介質升高到一定的溫度，會將葉輪外層的襯層融化變形，造成泵運行出現故障，因此襯氟磁力泵對操作溫度有一定的限制，應避免導致泵高溫運行的操作。(2)嚴禁輸送帶有固體顆粒的介質。由于聚四氟乙烯的硬度遠遠小于鋼制基體，耐磨性較差，因此襯氟磁力泵的襯里在固體顆粒的沖刷下極易磨損，當襯里磨損后鋼制外殼被輸送介質腐蝕損毀。如果輸送介質中含有固體顆粒等雜質，應在泵入口前加裝適當的過濾裝置。(3)由于磁力驅動器的內外磁轉子由永磁材料制成，對心臟起搏器、磁卡或手表等物品存在潛在的危害[1]，因此攜帶相關物品的人員應與磁力泵保持一定的距離。

5 結束語

由于襯氟磁力泵輸送物料通常為酸、堿、氧化劑等強腐蝕性介質，一旦出現故障導致泄漏會對周圍的人員造成嚴重的傷害，因此保證襯氟磁力泵的安全連續(xù)運轉至關重要。本文通過

對出現故障的泵進行拆解檢查及分析，找到造成泵產生故障的原因，得出了滿足生產需要的解決措施，并對襯氟磁力泵在運行過程中可能出現的問題提出了自己的建議，對今后相關問題有一定的借鑒意義。

[1]張故軒,王 雙.襯氟磁力驅動離心泵運行總結[J].氯堿工業(yè),2016,52(3):38-40.

[2]王玉良,鄧子龍,趙章榮.國外磁傳動無密封泵技術發(fā)展概況[J].石油機械,2003,31(4):52-54.

[3]李文科,劉建瑞.襯塑泵在化工流程中的應用研究與發(fā)展[J].水泵技術,2007(2):26-28.

[4]趙孝保,周 欣.工程流體力學[M].南京:東南大學出版社,2004.

[5]陳 偉.石油化工設備設計選用手冊-機泵選用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

[6]ANSI/API Standard 610 Eleventh Edition.Centrifugal pumps for petroleum,petrochemical and natural gas industrys[S].US:API,2010.

[7]中國機械工業(yè)聯(lián)合會.GB/T 16907-2014 離心泵技術條件(Ⅰ類) [S].北京:中國標準出版社,2014.

[8]工業(yè)和信息化部.SH/T 3139-2011 石油化工重載荷離心泵工程技術規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,2011.