屏蔽泵常見故障與分析處理

王衛宇，康文，段濤(陜西有色天宏瑞科硅材料有限責任公司，陜西 榆林 719200)

1 屏蔽泵的結構和特點

屏蔽泵由于沒有轉軸密封，可以做到絕對無泄漏。非常適合輸送易燃、易爆、易揮發、有毒、有腐蝕性液體，因此在多晶硅行業中屏蔽泵是主力輸送泵。

屏蔽泵采用一根軸將電機的轉子和泵的葉輪連接在一起，不像普通離心泵采用聯軸器與電動機連接。轉子的外表面和定子的內表面由一張的耐腐蝕金屬薄板焊接，使定子線圈和轉子內芯與輸送液體分割開來，避免受到輸送液體的侵蝕，因葉輪和轉子密封在泵內，沒有與外界相連的轉動零部件，因而可以做到絕對的無泄漏[1]。

屏蔽泵的特點：

(1)輸送液體不會泄漏，適用于輸送有毒的、腐蝕性強的、易燃的、易爆的、高價值的液體。

(2)不會混入外界空氣，適用于真空系統或與外界空氣接觸就變質的場合。

(3)不需要加注潤滑油/液和密封液，既省去了人為潤滑環節，也不會對輸送液造成污染。

(4)電機與泵一體，省去了聯軸器找正的麻煩，泵體設計緊湊、重量輕、占用空間少。

(5)因輸送液體自冷卻，無需電機風扇，所以運行是泵的聲音很小。

2 設備概況

我公司的CMAT52/5氯硅烷進料泵為多級屏蔽泵，電機功率235 kW，轉速 2 853 r/min，設計流量98 m3/h，入口壓力123 kPag，出口壓力：3 852.67 kPag。輸送介質是STC、TCS、DCS混合的液體稱為氯硅烷，因輸送介質具有以下特性，故采用無泄漏的屏蔽泵。氯硅烷理化性質對照表如表1所示。

表1 氯硅烷理化性質對照表

3 常見故障

我公司氯硅烷進料泵投入運行以后頻發故障，維修記錄結果顯示，拆解發現造成故障的原因大都是軸承損壞(如圖1所示)，葉輪與蝸殼氣蝕嚴重(如圖2所示)。

圖1 滑動軸承損壞

圖2 葉輪、蝸殼氣蝕嚴重

氯硅烷進料泵故障頻發給公司帶來諸多不利因素：

(1)不能保證生產的穩定運行。

(2)維修時備件消耗量特別大，增加運行成本。

(3)每次維修時拆裝工作費時費力，因軸承與軸承端蓋間采用的是過盈配合，必須火烤來加熱軸承端蓋，才能拆裝石墨軸承。因此氯硅烷進料泵故障頻發的問題亟待解決。

4 故障原因分析

4.1 軸承損壞的原因

(1)當下游熱停車時，為滿足工藝需求輕組分的DCS需進入STC儲罐補充液位。STC儲罐中的氯硅烷進入屏蔽泵，在葉輪高速帶轉后DCS(沸點8.3 ℃)氣化，泵腔內出現憋氣。當泵腔的氣體竄入定子腔時，打入后軸承的氯硅烷液體減少，后軸承因供液不足導致不能及時潤滑和冷卻，當泵在小流量或缺液的情況下運轉，會導致軸承發熱，液體受熱加速蒸發，而造成軸承干磨，從而損壞滑動軸承。

(2)固體顆粒進入泵體軸承摩擦副位置，破壞潤滑液液膜，引起軸承磨損。固體顆粒可能來源于：屏蔽泵輸送的氯硅烷漿料中可能攜帶固體顆粒；開車時軸承附件留有未置換干凈的殘留結晶；泵體運行過程中，零部件剝離下來的碎屑。

(3)該泵的軸承其材質選用碳化硅，具有耐腐蝕、耐高溫、硬度高、自潤滑性能好等特點，但也易碎，其強度較低，泵在運行產生振動和沖擊的情況下，易導致軸承破裂。屏蔽泵在啟動或停止時會產生很大的軸向力，泵在運行時，葉輪的前后兩側所受壓力不平衡而產生軸向力，通過轉子作用在軸承上，這是一方面。同時由于軸承與軸套之間、轉子與定子間隙存在殘余的介質，使軸承與軸套、轉子與定子粘結在一起，泵在啟動的瞬間，導致軸套、軸承表面剝離[2]。

4.2 氣蝕的原因

屏蔽泵高速運轉時，輸送的氯硅烷液體的壓力隨著從泵葉的作功而變化，當葉輪葉片入口周圍壓力小于等于氯硅烷液體該溫度下的飽和蒸汽壓力時，液體發生汽化。

根據泵的性能曲線圖顯示(如圖3所示)，介質溫度越高，氣化數量越多。當介質溫度高于DCS沸點時，溶解在介質內的氣體溢出，它們形成許多汽泡。當汽泡隨液體進入葉輪內壓力較高處時，當外面的液體壓力高于汽泡里面的壓力時，汽泡會凝結潰滅形成空穴，瞬間內周圍的液體以極高的速度向空穴沖來，造成液體互相撞擊，使局部的溫度、壓力驟然劇增。這不僅阻礙流體的正常流動，更為嚴重的是，如果這些汽泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無數小彈頭一樣，連續地打擊金屬表面，其撞擊頻率很高，金屬表面因高速沖擊發生疲勞開裂，若汽泡內混有某些活性氣體，還會形成熱電偶并產生電解，對金屬起電化學腐蝕作用，更加速了金屬腐蝕速率。

圖3 氣化壓力(數量)與溫度曲線圖

汽蝕產生的破壞：

(1)泵體振動值升高，噪聲增加。

(2)泵的運輸性能減弱。汽蝕伴隨著大量的氣泡，堵塞了流體通道，阻止泵體內液體的流動性，使泵的流量、揚程和效率下降。

(3)侵蝕葉輪。因高頻、高強度的沖擊帶來的腐蝕疲勞和電化學腐蝕的作用，造成葉輪腐蝕。汽蝕初期，表現為葉輪金屬表面出現小坑小點，繼而表面呈現紋理狀、溝壑狀、魚鱗紋狀等深痕；嚴重時可造成葉片或前后金屬蓋板穿孔。

(4)被剝蝕破壞的碎屑通過介質進入軸承，造成軸承磨損。

5 解決措施

分析引起屏蔽泵故障原因后，主要從組分、溫度、壓力、人員操作等六方面著力去解決。

(1)被輸送的介質溫度過高，降低輸送介質的溫度；

(2)保持STC儲罐的安全液位，穩定泵入口壓力；

(3)流速和吸入管路上的阻力太大，及時清理進口管道過濾器使進口暢通；

(4)下游停車后，回流的輕組分DCS不進入STC儲罐，保證輕組分DCS液體不進入泵；

(5)啟動前點動試車，檢查泵有無雜音，軸抱死的情況。嚴禁無液啟動，啟動前打開進、出口閥門和排氣閥門，灌泵充分排氣后在啟泵。

(6)停運后應及時排凈殘液，用氮氣置換，避免停運后結晶。

6 結語

該型號屏蔽泵通過對故障原因進行分析，并結合屏蔽的結構特點和工作原理，有效的解決該類型泵的氣蝕和軸承磨損問題，最終減少了設備故障率，延長了設備使用壽命。