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�。在大型石化提煉�,有上千臺泵在工�,以保證工廠能夠順利運轉。在冶煉作業(yè)�,通常是采用離心泵來取代原有的反向泵和回轉�。制造技術及冶金學方面的改善,使得離心泵制造成本大幅下�;同時由于泵內的移動或轉動零件越來越少,使得維修作�(yè)變得越來越簡�。離心泵�(yè)分為多個種類:單級離心泵、臥式離心泵、管道離心泵��
泵運轉中出現(xiàn)機械問題或是效率降低,就會對整個工廠的生產造成不良影響。耐磨�(huán)可以在泵非正常操作條件下運轉�,對泵起到提供保護以及控制液體的回收循環(huán)情況。所以其性能的優(yōu)化十分重�。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�,影響了離心泵整體功能的進一步提升�
�、耐磨�(huán)的作�
耐磨�(huán)的作用,是將泵中轉動及靜止的零件,高壓和低壓的部分分隔開。多年來,設計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�。在美國石油�(xié)會標�(API 610)�,規(guī)定離心泵中必須使用耐磨�(huán),并且準許使用復合材料來制造這些零件 ,耐磨�(huán)結構如圖1和圖2所示�
�、金屬耐磨�(huán)失效原因
當金屬耐磨�(huán)有所接觸�,通常會產生高溫、造成金屬焊接在一�(摩擦焊接),并造成泵運轉不�。這種情況會大幅增加耗電量,造成設備嚴重損壞,同時可能會使得液體滲漏到大氣中,對�(xiàn)場的工作人員造成傷害。以下情況耐磨�(huán)可能會發(fā)生接��
(1)在泵剛起動,液體還沒有流過葉片之前而空轉時(尤其是垂直式泵更為嚴�)�
(2)當轉動軸變形,轉動葉片因為泵內壓力突然升高或其他異常情況而偏離轉動軸�
(3)在起動或停止期間“慢速轉�”�,因為振動而使得套管偏離轉動軸�
(4)在低壓蒸汽下、出�(xiàn)氣泡或在處理低密度的液體��
(5)放射狀軸承失靈,使得耐磨�(huán)彼此接觸��
提高泵性能和效率的方法
�、金屬耐磨�(huán)之外的其他選�
在了解使用金屬和復合材料零件的實際成本費用之�,有些生產廠商轉而使用石�/金屬合金等替代材�。但是石�/金屬合金制造的零件脆性太�,耐沖擊性、抗振動和抗強烈撞擊性能�。這些特性使得石�/金屬合金零件,在運送和安裝的過程中可能會出�(xiàn)斷裂的情�,大幅提高更換組件的成本�
�20世紀80年代中期,DuPontTM杜邦開發(fā)出一種以氟化樹脂為基材,通過特種纖維強化的高性能材料Vespel CR-6100。CR—6100結合氟化樹脂的抗化學侵蝕及耐高溫�(使用溫度可高�288�),以及特種纖維的強度與尺寸穩(wěn)定��
CR—6100材料已被應用在西岸純化公�、鋼材研�、紙張研�、化學工廠以及食品加工廠等產�(yè)使用的泵�。它取代金屬及其他復合材�,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�
�、使用CR—6100材料耐磨�(huán)的好�
1. 降低維修費用
維修耐磨�(huán)的成本非常高,尤其是大型泵的維修,通常每年會付出高達數(shù)十萬美元的維修費�,同時需要花費幾個星期的時間。以美國一個煉油工廠為�,其鹽水冷卻系統(tǒng)曾經出現(xiàn)過一些問�。在這個系�(tǒng)中包含了4個并�(lián)方式配置,共享備用系�(tǒng)的泵。這個系�(tǒng)每年都因為重復進行維修(每年5�6�),而要花費超過200 000美元的維修費�。當較大的碎片在經過進口�,會因為阻塞而帶來劇烈的振動,造成耐磨�(huán)摩擦力提�。最后可能會導致葉片、泵外殼、套�、軸承、軸承襯管以及銜接器等部件的損壞。除維修費用高昂�,還有可能會對泵操作人員和維護保�(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�。在第一部泵經過改裝正常使用�,一個大的碎片卡在轉動葉片中,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�,且可以繼續(xù)使用。其中的轉動葉片與外殼并未損�。在所有的泵的耐磨靜止部件被更換成CR—6100之后,每年的維護保養(yǎng)費用降低�4萬美�,維修時間也從幾個星期縮短到幾天�
2.效率的提�
一個泵的運轉效�,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�,可以縮小耐磨�(huán)之間讓液體通過的面�。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。但是較大的間隙會造成液體回流,使得泵的效率降低。同時較大的運轉間隙會造成泵強力的振動,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�,在安裝時就可有更小的運轉間�,詳情參考下�。這樣可在更低的輸出功率下得到相同的流量,同時也使效率提高2%~5%。此�,這些耐磨�(huán)所造成的振動也得到了大大的降低,延長軸承和耐磨�(huán)的使用壽��
3.空轉不會造成運轉不順�
CR—6100 耐磨�(huán)可以在空轉的情況下使用。在沒有吸入任何液體,操作條件超出設計范�,慢速轉動,或者泵剛起動的期間,不會造成泵運轉不�。相�,使用金屬耐磨�(huán)的泵若遇到同樣的情況,就會造成泵因高溫而卡�,需要停機進行拆卸維修,以便將問題排除�
在某凝結回收作業(yè)�,離心泵在接近汽化的溫度下運轉,因此經常出現(xiàn)“蒸汽死鎖”�“空轉”的情�。其常見的損壞情況,包括耐磨�(huán)因高溫而黏在一�、轉動葉片破�,以及擾動板偏轉。此�,管路套管軸承也可能造成套管損壞且無法修復,最后導致泵下半部整個被刮傷。泵平均每年都要維修兩次,更嚴重的是每次泵送修�,許多非常昂貴的凝結劑都會被浪費掉。工廠的維修人員將某一個泵內所有的靜止磨耗零件都改為CR—6100材質,并測試其在工作運轉過程中加壓效能。因CR—6100材質的磨耗零件有較小的間�,所以該泵的加壓效能比新泵稍高。之后進料閥門被關�1min的時�,并讓泵持續(xù)運轉,然后重新開起閥門。泵沒有出現(xiàn)運轉不順的問題,其振動情況及溫度都維持非常穩(wěn)�,經過測量其效能也沒有任何改�。再將進口閥門關閉60min的時�,也沒有對其效能造成非常嚴重的影�。該泵在連續(xù)使用3年后被送回進行例行性維護保�(yǎng)。CR—6100材質的零件仍然可以繼�(xù)使用?,F(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年內完全沒有故障�自吸� |