氯碱工业中固、液两相流泵选用分析

梁寅祥

摘要:由于输送介质不同,输送介质的含固量,固体颗粒大小、颗粒软硬程度,固、液两相综合粘度状况以及对材料、腐蚀、磨蚀程度不同,选择生产用泵类型也会有不同。因此对于各种使用工况都必须进行认真分析。

关键词:固、液两相流泵;选用;氯碱工业

中图分类号:X781.2文献标识码:A文章编号:1672-3198(2009)23-0292-01

1概述

在氯碱工业生产中,经常需要输送含固体颗粒的液体,譬如盐泥、电石渣浆、脱硫浆液、污水处理、聚氯乙烯悬浮液、炉灰渣浆等输送。由于输送介质不同,输送介质的含固量,固体颗粒大小、颗粒软硬程度,固、液两相综合粘度状况以及对材料、腐蚀、磨蚀程度不同,选择生产用泵类型也会有不同。某些工矿适用容积泵输送,而另外一些工矿却需用特殊的离心泵输送(盐泥泵、聚氯乙烯悬浮液泵、渣浆泵、陶瓷泵、高吸入压力离心泵、旋流泵)。选用合适输送泵和可靠轴封做到兼能满足工艺操作条件,又能达到长期稳定运行及降低泵能源消耗;使之投资和运行费用等综合性的技术经济指标,符合经济、安全、适用的原则。

2氯碱生产装置固、液两相流程泵选择基本要求

(1)首先要求保持长期连续稳定运行,年运转时间保证在8000小时以上。

按照美国石油学会API610规定,泵要求连续运行3年,年运行8000小时,寿命20年,要求输送泵成熟、可靠,节能,拆装检修方便。

(2)输送介质属于易燃、易爆、有毒固液两相流工业流程泵,其轴封要求严密、可靠,杜绝泄漏。

一般采用双端面机械密封和一套轴封冲洗冷却系统,也可采用单端面机械密封和一套轴封冲洗冷却系统。动密封摩擦付材料采用碳化硅、陶瓷、硬质合金等抗磨损的材料。静密封O形圈材料要注意介质温度和对介质适应性,介质为有机溶剂的话,严禁使用橡胶制品,以免静密封O形圈溶胀失效,机械密封遭破坏。

(3)介质含固体颗粒状态。

一般工业上输送介质含固体量>15%才称为固、液两相流。根据石家庄强大泵业集团有限公司(原石家庄水泵厂)研究资料介绍,由于固体沉降造成离心泵效率明显下降。因此要考虑采用沉降速度理论及相关的经验公式对泵效率和扬程进行修正。一般其轴功率要比清水泵大10%以上,甚至于更大。具体可以由专业制造厂根据介质操作状况分析、计算、确定轴功率和配套电机功率。

若介质综合粘度很大,个人认为单纯按固、液两相流离心泵对泵效率和扬程修正是不够的,尚还需按介质综合粘度去修正效率和扬程进行校核,取修正下降值大的来计算轴功率确定配套电机功率。当介质综合粘度>100厘泊状态下,离心泵效率有可能相对泵在水状态下效率下降50%。此时,要分析一下采用离心泵是否合理、是否可以其它形式泵取代(螺杆泵、齿轮泵、往复计量泵等),否则会使能耗大,影响长期运行成本。若介质有纤维状、块状胶粒,要防止叶轮流道堵塞,叶轮结构宜采用宽流道叶轮、开式叶轮,减少叶轮数量来适应工况条件。

旋流泵叶轮为板式,叶轮紧靠泵体后部,介质液由泵进口输入,经叶轮旋流直接由泵体前部流向出口,同时85%料浆不受叶轮切割,一般采用低转速,进出口均在4“或4”以上(DN100),不易堵塞流道。对于聚氯乙烯悬浮液输送,均采用板式叶轮、宽流道、低转速。聚氯乙烯装置中输送料浆30—35%浓浆液,使用情况良好,且绝大部分料浆不受叶轮切割,高分子链不受破坏,且不易受堵。

(4)固、液两相流离心泵材质和结构。

对于固、液两相流离心泵,按输送含固体颗粒、杂质、液体对叶轮和泵体损坏原因分为两类泵,一类是由固体颗粒冲刷腐蚀引起的,譬如:电石渣浆废渣液输送泵、锅炉煤渣输送泵。这类输送泵含固在20—30%,颗粒为0.1-5mm左右,颗粒硬,但介质基本上没有什么腐蚀,主要是浆体中含有硬质磨料的固体物(浓度、固体物粒度、形状、硬度等),使渣浆泵过流部分产生磨损。泵过流段材料应选用硬质镍、铬26、27、A49等抗磨蚀好的材料,由于材料耐磨蚀性好,材料铸造和加工性能很差,且是属脆性材料,泵壳、叶轮等为高耐磨材料;另一类固体颗粒硬度度不大却含腐蚀性介质,如聚氯乙烯料浆液输送泵及盐泥泵等,这类泵要求耐腐蚀性较好,叶轮、泵体材质一般选304、316、或316l也衬天然橡胶、氯丁橡胶、耐磨高性能塑料等的固、液两相流离心泵的结构,由于输送含固体颗粒的液体,因此要求泵的过流部件耐腐蚀。为了防止杜塞,叶轮泵的叶片数较少,泵体采用较宽的流道;为了防止固体颗粒进入轴封,也防止外部空气流入,轴封处采用清洗业作为封液,并要求轴封结构可靠,对于此类泵转速一般不高,通常为1000—1450r/min,相应的泵效率也较低。一般固、液两相流离心泵的叶轮是平行盖板,浆体进入叶轮后,在出口处由中心向两侧形成外旋涡,使叶轮的前后盖板和内衬严重磨损,已造成过流部分部件寿命短;另一类国内以石家庄强大泵业集团有限责任公司(原石家庄水泵厂)80年代引进澳大利亚沃曼渣浆泵系列,泵设计的叶轮在出口处形成凹形,使叶轮两侧前后盖板处的速度大于中间速度,泵浆体在出口处分成两段流体,向中间旋转,造成内旋涡状。这种结构泵迫使颗粒向中心流动,使两侧的浓度降低,从而减轻了泵体流道和两侧壁的磨损,外部连接件加设护套,进出口法兰为非标准,国内称为标准渣浆泵形式。四川自贡工业泵厂开发“N”型泵也类似这种形式,单纯渣浆泵轴封除用机械密封外也可采用动力密封(副叶轮+填料密封)。

(5)固、液两相流离心泵输送液体时允许的最大含固率(重量含量):盐35%,聚氯乙烯料浆液40%,电石渣40%,水泥50%,碳化钙、石灰乳50%。

3在氯碱工业上的选用

3.1电石渣浆输送泵

米脂某企业聚氯乙烯生产用的电石渣浆输送泵,工况及选型如下:介质主要成份为:电石渣、硅铁渣及水,米脂年平均气压:918.hpa,电石渣浆比重:1200-1300kg/m3(含固量15-20%),必须气蚀余量:3.9m,流量500m3/h,扬程85m;电石渣浆输送泵是聚氯乙烯生产的主要设备,介质含固量高,硅铁渣体型不规则且具有一定的比重,易对泵壳、叶轮形成磨蚀;根据以上工况,流道选沃曼泵设计,泵壳材质选用灰铸铁,前、后护板及叶轮材质选Cr27,选Cr27原因抗磨蚀性能好,密封型式动力密封(副叶轮+填料密封),填料用水基盘根,加外一套轴封冲洗冷却系统,泵转速980r/min,型号200NG85;五年来基本运行良好。

3.2聚氯乙烯料浆液输送泵

米脂某企业聚氯乙烯料浆液输送泵,工况及选型如下:介质主要成份为:聚氯乙烯固体颗粒、水及VCM,米脂年平均气压:918.hpa,比重:1080-1150kg/m3,固体颗粒含量25—35%,必须气蚀余量:3m,流量205m3/h,扬程30m;根据以上工况,对聚氯乙烯料浆液输送泵一般均采用板式叶轮、宽流道、低速;所以该泵选板式叶轮设计,由于颗粒软、磨蚀和腐蚀要求不高,但对清洁度有要求,所以泵壳及叶轮材质选316,密封型式采用双端面机械密封加外一套轴封冲洗冷却系统,动静选用硬质合金,O型圈选氟橡胶,叶轮选用板式叶轮原因是浆不易受叶轮切割,高分子链不易受破坏,且不易堵塞流道,泵转速1450r/min,型号LYO150-315B,已运行五年,平稳、可靠。

3.3盐泥浆料输送泵

米脂某企业盐泥浆料输送泵,工况及选型如下:其介质主要成份为:泥浆、盐水(22%盐泥)、氯离子,米脂年平均气压:918.hpa,比重:1200kg/m3,流量100m3/h,扬程55m,有效气蚀余量:1.35m;根据以上工况,流道选用一般泵的外涡流设计,泵壳、叶轮材质选316,选316材质的原因是它有好的耐腐蚀性,且有一定的耐磨性并能耐氯脆;密封型式填料密封(填料材料水基盘根),泵转速1450r/min,泵型号LYO100-400,运行3年一直平稳、可靠。曾经该工况泵设计选型为65ZGB离心泵式渣浆泵,该型泵为双泵壳、且采用副叶轮加填料组合式密封,泵体结构复杂,经常维修,运行时故障率特高、稳定差。

参考文献

[1]@全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社,1998.

[2]@张魏,潘立斌,张旭东.离心泵机械密封的选用[J].石油化工设备,2007,36(3).