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磁力泵應(yīng)用與軸承故障處理

2013-10-08

胡小青
（中石化巴陵分公司尿素部，湖南岳陽 414003）
　　摘　要：尿素裝置的吸收塔循環(huán)泵因環(huán)保問題改用國產(chǎn)CQB型磁力泵后，達(dá)到了完全無泄漏，滿足了環(huán)保要求，但其軸承使用壽命短，并由此引發(fā)其他內(nèi)件損壞，導(dǎo)致該泵運(yùn)行周期短，備件更換頻繁。對(duì)軸承容易損壞的原因進(jìn)行分析，在軸承選材及安裝尺寸上做了一些調(diào)整，改進(jìn)后的軸承使用壽命在一年左右，保證了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞：磁力泵；應(yīng)用；軸承；故障；處理
　　尿素裝置低壓循環(huán)系統(tǒng)吸收塔為了保證有足夠的吸收液，采用離心泵將吸收塔出口0.28MPa氨水抽出一部分返送至吸收塔作為吸收液循環(huán)使用，離心泵型號(hào)為HCA12.5-8/5單級(jí)，軸封形式為填料密封，該泵基本上能滿足工藝要求，運(yùn)行周期較長(zhǎng)。但軸封始終泄漏嚴(yán)重，大量的氨水介質(zhì)泄漏不僅浪費(fèi)能源，也成了裝置備受關(guān)注的環(huán)保難點(diǎn)。為了解決泄漏問題，2001年2月對(duì)循環(huán)泵實(shí)施改造，取消原有離心泵，改用無泄漏的磁力泵。
　　磁力泵的應(yīng)用消除了原有的介質(zhì)連續(xù)泄漏現(xiàn)象，但運(yùn)行周期短，內(nèi)件故障頻繁，對(duì)正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅。對(duì)拆換下來的內(nèi)件與磁力泵本身的內(nèi)件結(jié)構(gòu)反復(fù)對(duì)比分析，確定為軸承取材等方面存在不當(dāng)之處，對(duì)磁力泵相關(guān)部位進(jìn)行合理的改進(jìn)，使磁力泵的運(yùn)行狀況大為改觀。
　　1　磁力泵的應(yīng)用情況
　　根據(jù)生產(chǎn)工藝條件及輸送物料介質(zhì)的特性，選用的國產(chǎn)磁力泵型號(hào)為CQB80-65-125，性能參數(shù)為流量0.014m3/s，泵揚(yáng)程80m，汽蝕余量4.0m，泵轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率7500W，泵效率54％。
　　COB磁力泵主要由電機(jī)、磁力偶合器和耐腐蝕離心泵組成。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)磁力偶合器的外磁鋼旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁力線穿過間隙與隔離套作用于裝在泵軸上的內(nèi)磁鋼，使轉(zhuǎn)子與電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，無機(jī)械接觸傳遞扭矩在泵軸的輸入端，由于液體被封閉在靜止的隔離套內(nèi)，沒有動(dòng)密封而達(dá)到完全無泄漏。
　　正是由于具有完全無泄漏的優(yōu)點(diǎn)，成功地解決了流體輸送中的跑冒滴漏問題，成為環(huán)保工程中十分重要的產(chǎn)品，越來越受到石油化工等易出現(xiàn)環(huán)保問題行業(yè)的重視，也是進(jìn)行低壓循環(huán)系統(tǒng)吸收塔改造選型的主要理由。
　　磁力泵投用后，消除了氨水泄漏問題，并且具有運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小、噪音低，軸承靠介質(zhì)液自身進(jìn)行潤(rùn)滑，無須加潤(rùn)滑油等一些優(yōu)點(diǎn)。但運(yùn)行一個(gè)多月后即出現(xiàn)噪音加大，泵出力減小現(xiàn)象。拆檢發(fā)現(xiàn)徑向與軸向軸承均發(fā)生磨損，尤其推力軸承石墨部分嚴(yán)重?fù)p壞，僅殘存一小部分，軸承體及葉輪口環(huán)等內(nèi)件磨損嚴(yán)重，不得不進(jìn)行更換處理。接下來的機(jī)泵運(yùn)行過程中此類現(xiàn)象連續(xù)發(fā)生，平均時(shí)間12個(gè)月不等。
　　2　軸承故障原因分析
　　磁力泵軸承系分徑向滑動(dòng)軸承和止推滑動(dòng)軸承兩類，分別起著支持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和限制軸向運(yùn)動(dòng)的作用，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)摩擦。如圖1所示。
　　滑動(dòng)軸承為硬質(zhì)石墨套，套裝在磁力泵軸承體的兩端。止推滑動(dòng)軸承為配對(duì)的相對(duì)兩部分，一部分套裝在葉輪上或內(nèi)磁鋼體上，材質(zhì)為硬質(zhì)合金，另一部分與滑動(dòng)軸承連在一體，安裝滑動(dòng)軸承即隨之貼在軸承體的外端。軸承的潤(rùn)滑依靠石墨良好的自潤(rùn)滑性能，同時(shí)在軸承體處開有液流孔，將高壓介質(zhì)液體引入內(nèi)磁鋼體與隔離罩之間，以降低由磁渦流及磁滯損失引起的內(nèi)磁鋼體的溫升，然后液體經(jīng)泵軸中心孔，一部分冷卻和潤(rùn)滑軸承，還有一部分回到葉輪入口，起到循環(huán)冷卻和潤(rùn)滑作用。磁力泵的軸向力通過在葉輪上鉆平衡孔、在葉輪前后設(shè)置密封環(huán)及在軸承體處開有液流孔、將高壓液體引入內(nèi)磁鋼體與隔離罩之間使轉(zhuǎn)子在液力作用下自動(dòng)平衡。
　　磁力泵的軸承系潤(rùn)滑原理及轉(zhuǎn)子軸向力平衡原理給磁力泵提供了較完善的理論基礎(chǔ)，因此泵運(yùn)行初期一般能達(dá)到平穩(wěn)、噪音小、完全無泄漏的良好狀態(tài)。但隨著運(yùn)行時(shí)間的推進(jìn)，止推軸承的缺陷在液體液力的不斷作用下顯現(xiàn)出來。
　　1）液體自動(dòng)調(diào)節(jié)并不能使轉(zhuǎn)子在軸向上承受的推力達(dá)到的平衡。這是由于受到液力作用的轉(zhuǎn)子兩邊在結(jié)構(gòu)上不完全對(duì)稱所決定的。由此在任何狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子都將受到指向某個(gè)方向的總推力，此方向上的止推軸承兩部分壓緊，并相對(duì)滑動(dòng)摩擦。
　　2）在某些情況下，轉(zhuǎn)子總軸向力增大或者換向?qū)е轮雇戚S承負(fù)載增加：① 泵運(yùn)行工況波動(dòng)大而導(dǎo)致的。在實(shí)際運(yùn)行中如果運(yùn)行參數(shù)（入口壓力、出口壓力）波動(dòng)大，破壞磁力泵轉(zhuǎn)子的液力平衡，使滑動(dòng)軸承承受較大的徑向力和軸向力；②工藝倒泵所致。工藝吸收塔循環(huán)泵設(shè)置2臺(tái)，一開一備。工藝上為了驗(yàn)證備用泵是否完好，保證備用泵能隨時(shí)啟用，通常半個(gè)月進(jìn)行一次倒泵（即開、備機(jī)泵輪流開與停），而磁力泵的每一次開啟或停止，葉輪兩邊液體介質(zhì)的壓力都有一次短時(shí)間內(nèi)高低調(diào)換過程，造成推力短時(shí)間內(nèi)反向切換，此時(shí)承受推力的推力軸承受到?jīng)_撞。
　　3）由于磁力泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)軸向力的這些特性，要求止推軸承不僅有良好的耐磨性、硬度等，同時(shí)必須具有較高的抗壓強(qiáng)度、韌性、耐擠壓、耐機(jī)械沖擊能力。而硬質(zhì)石墨的抗壓強(qiáng)度和韌性較差，由此在磁力泵運(yùn)行時(shí)易破損、破裂，破片被介質(zhì)液帶走，在液體的渦流作用下，轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)位移加大，徑向振動(dòng)加劇，徑向石墨軸承受軸的擠壓、沖擊破損。同時(shí)內(nèi)磁鋼體、軸承體及葉輪密封環(huán)等磁力泵內(nèi)件之間相互摩擦損壞，噪音增強(qiáng)，泵出力減少，直至無法運(yùn)行。
　　3　處理措施與效果
　　1）選用合適的軸承材料。軸承部位所有摩擦副均采用優(yōu)質(zhì)碳化硅。優(yōu)質(zhì)碳化硅純度很高，碳化硅含量大于99％，耐氨水腐蝕，具有較高的強(qiáng)度、彈性、韌性及耐磨性，使軸承的抗擠壓、沖擊能力大為提高，使用壽命是其他滑動(dòng)軸承（如石墨）的10倍以上。
　　2）安裝轉(zhuǎn)子時(shí)選用合適的止推軸承間隙。通過將轉(zhuǎn)子試裝在軸承體上，并把轉(zhuǎn)子推向一邊，可測(cè)得原有磁力泵的止推軸承兩部分間的Z大間隙（即止推軸承正常時(shí)轉(zhuǎn)子所能產(chǎn)生的Z大軸向竄動(dòng)量）在0.13～0.15mm之間，將其調(diào)整為0.3～0.5mm。這個(gè)間隙范圍有利于隙間液膜的形成，減少止推軸承兩部分摩擦副間摩擦，同時(shí)降低遭受沖撞時(shí)的沖擊力度。
　　3）工藝上優(yōu)化操作，盡量減少或避免工況大幅度波動(dòng)；將倒泵周期延長(zhǎng)至2個(gè)月，盡量減少頻繁倒泵對(duì)磁力泵帶來的不良影響。
　　4）改進(jìn)后的磁力泵在運(yùn)行時(shí)關(guān)注了工藝操作，表現(xiàn)出磁力泵固有的特點(diǎn)，同時(shí)具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)免維護(hù)，運(yùn)行可靠，檢修周期達(dá)到一年左右，保證了設(shè)備的較長(zhǎng)周期運(yùn)行。
　　4　結(jié)論
　　1）CQB80-65-125磁力泵的軸承故障原因在于選材不當(dāng)?shù)?，可以通過妥善選材來解決。同時(shí)由于磁力泵的特點(diǎn)使其在很多方面又與傳統(tǒng)離心泵不同，所以要在工藝、安裝、操作等方面汲取經(jīng)驗(yàn)采取一些措施和途徑，才能保證其更長(zhǎng)周期、可靠、平穩(wěn)運(yùn)行。
　　2）磁力泵具有振動(dòng)小、噪音低、安全、高效、節(jié)能特性，適用于輸送有腐蝕性的、有毒的、易燃的、易爆的、昂貴的或易汽化的液體等。除此之外，由于具有完全無泄漏的優(yōu)點(diǎn)，成功地解決了流體輸送中的跑冒滴漏問題，已成為環(huán)保工程中不可替代的產(chǎn)品，非常適宜于工作介質(zhì)或產(chǎn)品成分復(fù)雜、裝置運(yùn)行歷史長(zhǎng)久、設(shè)備老化嚴(yán)重，亟需更新的石油化工等建廠時(shí)間長(zhǎng)的老企業(yè)在改造更新時(shí)選用，以改變小機(jī)泵環(huán)保技術(shù)落后的現(xiàn)狀。
來源：《大氮肥》第28卷第1期