一、前言
泵在冶煉作業(yè)中有著非常重要的作用,是提煉流程的必要設(shè)備。在大型石化提煉廠,有上千臺(tái)泵在工作,以保證工廠能夠順利�(yùn)�(zhuǎn)。在冶煉作業(yè)中,通常是采用離心泵來取代原有的反向泵和回轉(zhuǎn)泵。制造技�(shù)及冶金學(xué)方面的改善,使得離心泵制造成本大幅下�;同時(shí)由于泵內(nèi)的移�(dòng)或轉(zhuǎn)�(dòng)零件越來越少,使得維修作�(yè)變得越來越簡(jiǎn)單。離心泵�(yè)分為多�(gè)種類�?jiǎn)�?jí)離心泵、臥式離心泵、管道離心泵等�
泵運(yùn)�(zhuǎn)中出�(xiàn)�(jī)械問題或是效率降低,就會(huì)�(duì)整�(gè)工廠的生�(chǎn)造成不良影響。耐磨�(huán)可以在泵非正常操作條件下�(yùn)�(zhuǎn)�(shí),對(duì)泵起到提供保�(hù)以及控制液體的回收循�(huán)情況。所以其性能的優(yōu)化十分重要。傳�(tǒng)的耐磨�(huán)是以不同材料的金屬所制造,但是由于金屬材料的特性所限,影響了離心泵整體功能的�(jìn)一步提升�
二、耐磨�(huán)的作�
耐磨�(huán)的作用,是將泵中�(zhuǎn)�(dòng)及靜止的零件,高壓和低壓的部分分隔開。多年來,設(shè)�(jì)人員嘗試了不同的材料來取代金屬耐磨�(huán),以期獲得性能的改善。在美國(guó)石油�(xié)�(huì)�(biāo)�(zhǔn)(API 610)中,�(guī)定離心泵中必須使用耐磨�(huán),并且準(zhǔn)許使用復(fù)合材料來制造這些零件 ,耐磨�(huán)�(jié)�(gòu)如圖1和圖2所示�
三、金屬耐磨�(huán)失效原因
�(dāng)金屬耐磨�(huán)有所接觸�(shí),通常�(huì)�(chǎn)生高溫、造成金屬焊接在一�(摩擦焊接),并造成泵運(yùn)�(zhuǎn)不順。這種情況�(huì)大幅增加耗電量,造成�(shè)備嚴(yán)�?fù)p壞,同時(shí)可能�(huì)使得液體滲漏到大氣中,對(duì)�(xiàn)�(chǎng)的工作人員造成傷害。以下情況耐磨�(huán)可能�(huì)�(fā)生接觸�
(1)在泵剛起�(dòng),液體還沒有流過葉片之前而空�(zhuǎn)�(shí)(尤其是垂直式泵更為嚴(yán)�)�
(2)�(dāng)�(zhuǎn)�(dòng)軸變形,�(zhuǎn)�(dòng)葉片�?yàn)楸脙?nèi)壓力突然升高或其他異常情況而偏離轉(zhuǎn)�(dòng)軸�
(3)在起�(dòng)或停止期�“慢速轉(zhuǎn)�(dòng)”�(shí),因?yàn)檎駝?dòng)而使得套管偏離轉(zhuǎn)�(dòng)軸�
(4)在低壓蒸汽下、出�(xiàn)氣泡或在處理低密度的液體�(shí)�
(5)放射狀軸承失靈,使得耐磨�(huán)彼此接觸�(shí)�
提高泵性能和效率的方法
四、金屬耐磨�(huán)之外的其他選�
在了解使用金屬和�(fù)合材料零件的�(shí)際成本費(fèi)用之后,有些生產(chǎn)廠商�(zhuǎn)而使用石�/金屬合金等替代材料。但是石�/金屬合金制造的零件脆性太大,耐沖擊性、抗振動(dòng)和抗�(qiáng)烈撞擊性能差。這些特性使得石�/金屬合金零件,在�(yùn)送和安裝的過程中可能�(huì)出現(xiàn)斷裂的情況,大幅提高更換組件的成本�
�20世紀(jì)80年代中期,DuPontTM杜邦開發(fā)出一種以氟化樹脂為基材,通過特種纖維�(qiáng)化的高性能材料Vespel CR-6100。CR—6100�(jié)合氟化樹脂的抗化�(xué)侵蝕及耐高溫�(使用溫度可高�(dá)288�),以及特種纖維的�(qiáng)度與尺寸�(wěn)定性�
CR—6100材料已被�(yīng)用在西岸純化公司、鋼材研磨、紙張研磨、化�(xué)工廠以及食品加工廠等�(chǎn)�(yè)使用的泵中。它取代金屬及其他復(fù)合材料,作為泵中的耐磨�(huán)、喉管軸襯和套管軸承,大幅度提升泵的效能�
五、使用CR—6100材料耐磨�(huán)的好�
1. 降低維修�(fèi)�
維修耐磨�(huán)的成本非常高,尤其是大型泵的維修,通常每年�(huì)付出高達(dá)�(shù)十萬美元的維修費(fèi)用,同時(shí)需要花�(fèi)幾�(gè)星期的時(shí)間。以美國(guó)一�(gè)煉油工廠為例,其鹽水冷卻系統(tǒng)曾經(jīng)出現(xiàn)過一些問題。在這�(gè)系統(tǒng)中包含了4�(gè)并聯(lián)方式配置,共享備用系�(tǒng)的泵。這�(gè)系統(tǒng)每年都因?yàn)橹貜?fù)�(jìn)行維�(每年5�6�),而要花費(fèi)超過200 000美元的維修費(fèi)用。當(dāng)較大的碎片在�(jīng)過�(jìn)口時(shí),會(huì)�?yàn)樽枞鴰韯×业恼�?dòng),造成耐磨�(huán)摩擦力提高。最后可能會(huì)�(dǎo)致葉片、泵外殼、套管、軸承、軸承襯管以及銜接器等部件的損壞。除維修�(fèi)用高昂外,還有可能會(huì)�(duì)泵操作人員和維護(hù)保養(yǎng)人員的安全造成威脅。該公司后決定采用CR—6100材料的耐磨�(huán)及喉管軸襯。在第一部泵�(jīng)過改裝正常使用后,一�(gè)大的碎片卡在�(zhuǎn)�(dòng)葉片中,使得泵的套管損壞。但是CR—6100耐磨�(huán)以及喉管軸襯仍然可以支撐住破損的泵套管,且可以繼�(xù)使用。其中的�(zhuǎn)�(dòng)葉片與外殼并未損壞。在所有的泵的耐磨靜止部件被更換成CR—6100之后,每年的維護(hù)保養(yǎng)�(fèi)用降低到4萬美元,維修�(shí)間也從幾�(gè)星期縮短到幾天�
2.效率的提�
一�(gè)泵的�(yùn)�(zhuǎn)效率,主要取決于通過耐磨�(huán)而回流的液體量大�;縮小耐磨�(huán)的間隙,可以縮小耐磨�(huán)之間讓液體通過的面積。而采用金屬耐磨�(huán),需要保持較大的間隙以降低耐磨�(huán)碰觸。但是較大的間隙�(huì)造成液體回流,使得泵的效率降低。同�(shí)較大的運(yùn)�(zhuǎn)間隙�(huì)造成泵強(qiáng)力的振動(dòng),使得套管移位而造成耐磨�(huán)彼此接觸�
CR-6100擁有較低的熱膨脹系數(shù)(CTE),因此使用這種材料制造的耐磨�(huán)等靜止部件,在安裝時(shí)就可有更小的�(yùn)�(zhuǎn)間隙,詳情參考下表。這樣可在更低的輸出功率下得到相同的流量,同時(shí)也使效率提高2%~5%。此外,這些耐磨�(huán)所造成的振�(dòng)也得到了大大的降低,延長(zhǎng)軸承和耐磨�(huán)的使用壽命�
3.空轉(zhuǎn)不會(huì)造成�(yùn)�(zhuǎn)不順�
CR—6100 耐磨�(huán)可以在空�(zhuǎn)的情況下使用。在沒有吸入任何液體,操作條件超出設(shè)�(jì)范圍,慢速轉(zhuǎn)�(dòng),或者泵剛起�(dòng)的期間,不會(huì)造成泵運(yùn)�(zhuǎn)不順。相反,使用金屬耐磨�(huán)的泵若遇到同樣的情況,就�(huì)造成泵因高溫而卡死,需要停�(jī)�(jìn)行拆卸維修,以便將問題排除�
在某凝結(jié)回收作業(yè)中,離心泵在接近汽化的溫度下�(yùn)�(zhuǎn),因此經(jīng)常出�(xiàn)“蒸汽死鎖”�“空轉(zhuǎn)”的情況。其常見的損壞情況,包括耐磨�(huán)因高溫而黏在一起、轉(zhuǎn)�(dòng)葉片破裂,以及擾�(dòng)板偏�(zhuǎn)。此外,管路套管軸承也可能造成套管損壞且無法修�(fù),最后導(dǎo)致泵下半部整�(gè)被刮傷。泵平均每年都要維修兩次,更�(yán)重的是每次泵送修�(shí),許多非常昂貴的凝結(jié)劑都�(huì)被浪�(fèi)掉。工廠的維修人員將某一�(gè)泵內(nèi)所有的靜止磨耗零件都改為CR—6100材質(zhì),并�(cè)試其在工作運(yùn)�(zhuǎn)過程中加壓效能。因CR—6100材質(zhì)的磨耗零件有較小的間隙,所以該泵的加壓效能比新泵稍高。之后�(jìn)料閥門被關(guān)�1min的時(shí)間,并讓泵持�(xù)�(yùn)�(zhuǎn),然后重新開起閥門。泵沒有出現(xiàn)�(yùn)�(zhuǎn)不順的問題,其振�(dòng)情況及溫度都維持非常�(wěn)定,�(jīng)過測(cè)量其效能也沒有任何改變。再將�(jìn)口閥門�(guān)�60min的時(shí)間,也沒有對(duì)其效能造成非常�(yán)重的影響。該泵在連續(xù)使用3年后被送回�(jìn)行例行性維�(hù)保養(yǎng)。CR—6100材質(zhì)的零件仍然可以繼�(xù)使用。現(xiàn)在泵中的所有靜止磨耗零件都采用CR—6100材料,故障率也從每年兩次故障,變成在4年內(nèi)完全沒有故障�自吸� |