多晶硅工廠屏蔽泵的故障分析及處理

史文良

摘 要：瑞能二期2013年6月18日正式投產，根據裝置輸送介質為易燃 腐蝕 有毒，而屏蔽泵具有無泄漏的優點，包括精餾塔塔頂回流、TCS及STC輸送、急冷器噴淋、吸附柱冷凝液輸送均采用屏蔽泵，共計100余臺，但在投產半年多時間內相繼出現多次軸承損壞，文章針對多次現象進行分析，并提出相應的解決措施。

關鍵詞：多晶硅；屏蔽泵；故障；結構；分析；處理

中圖分類號：TH38 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0177-02

1 屏蔽泵的結構特點和工作原理

屏蔽泵是由屏蔽電機和泵組合在一起的密封電泵，優點是不泄漏，用于輸送易燃、易爆、劇毒、易揮發的液體，非常適合多晶硅企業輸送氯硅烷等介質。

屏蔽泵由泵體，定子，屏蔽套，轉子（電機），前后軸承，軸套，推力盤，葉輪等組成，如圖1所示。屏蔽泵把泵和驅動電機都被密封在一個輸送的介質充滿的容器內，泵和電機連在一起，電動機的轉子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電機的轉子和定子隔開，其動力通過定子磁場傳給轉子，從而帶動葉輪高速旋轉把液體甩出去，液體從葉輪獲得壓力能和速度能，在液體自葉輪拋出時，葉輪中心部分造成低壓區，與吸入液面的壓力形成壓力差，于是液體不斷被吸入，并以一定的壓力排出，使液體不斷被輸送。

根據輸送介質的壓力，溫度，粘度和組成成分，屏蔽泵可分為以下幾種常見類型：

基本型（又分外循環，內循環），逆循環型（臥式，立式），高溫分離型，自吸型，高融點型（又分外循環，內循環），泥漿密封型，氣封泥漿型，多級型等多種類型。

多晶硅生產過程均采用臥式屏蔽泵，包括基本型和逆循環型的單級和多級泵。

2 屏蔽泵發生的主要故障及原因分析

2.1 屏蔽泵發生的主要故障

二期投產后的幾個月里，屏蔽泵發生的主要故障是：

①軸套軸承推力板損壞嚴重。軸承、軸套消耗非常大。

②定、轉子屏蔽套損壞。造成屏蔽套損壞的原因，首先是軸承損壞或磨損超過極限值而造成定、轉子屏蔽套相擦而損壞，因此要密切注意運轉中軸承的點檢；其次是由于化學腐蝕造成焊縫等處產生泄漏。

③定子繞組損壞。除和普通電機一樣：過載、匝間短路、對地擊穿等造成定子繞組損壞的原因外，還有因定子屏蔽套損壞而導致介質侵蝕電機繞組使繞組絕緣損壞。

這些故障不僅給生產運行帶來操作上的困難，更帶來經濟上的損失，從泵的運行控制、工藝參數、工藝流程等方面進行深入分析，統計結果顯示，99%以上都是前端軸承、軸套和推力盤出現損壞，其痕跡就是“干燒”或物料中含有固體顆粒導致的碾磨。

屏蔽泵大多采用以石墨（碳化硅）為材質的滑動軸承，依靠所輸送的液體介質來潤滑。軸承潤滑和磨損情況，對屏蔽泵的持續可靠運行十分重要。滑動軸承由徑向和軸向兩部分組成，其中軸向軸承運行狀況的好壞和泵的軸向力的平衡關系極大，泵的結構設計和運行參數均要設法使泵的軸向力保持平衡。

2.2 造成屏蔽泵故障的原因分析

2.2.1 前端軸承、軸套、推力盤磨損，出現干磨現象

有4種情況造成：缺液、汽蝕、固體顆粒碾磨、口環磨損量過大。

①進口缺液，導致流量不足，引起葉輪不斷向前移動以尋求更多的液體來補充。但是由于入口根本沒有更多的液體來補充，葉輪就一直向前壓住吸液，導致前端軸承端面和推力盤一直緊密接觸，高速旋轉帶來的劇烈摩擦導致局部溫度急劇升高，其軸承處極薄的液膜被瞬間汽化，導致軸承缺液干燒損壞。

②汽蝕，汽蝕的形成很復雜。

開車初期，入口液罐的液位建立的較高，液位已漫過逆循環管路的回流管口，這是逆循環型屏蔽泵所不能容忍的，導致泵轉速上去后產生汽蝕現象。

排氣不徹底，導致吸液帶氣。泵的操作工況未按照HQ曲線圖進行，流量過小，電機發熱導致汽蝕發生。逆循環回流管路過長，彎頭過多，管路阻力大，亦或管路堵塞，導致回流量不足，導致泵內溫度過高。

泵的入口壓力不足，泵高速運轉中液流跟不上，形成局部真空，易汽化的介質便汽化掉。

③固體顆粒進入泵體軸承摩擦副位置，引起軸承磨損損壞。固體顆粒來自三方面：系統中的雜質，開車初期有較多的雜質、系統內部置換不徹底帶來的水解物、或者工藝調整中帶出來的老垢通過濾網進入泵體內。

泵體自身運行過程中軸承備件上掉下的大顆粒材料進入軸承螺旋流道并卡入其中，破壞液膜強行磨損軸承軸套。

開車前或者檢修后系統置換不徹底，導致水汽聚集于泵體軸承內，灌入物料后又未及時啟動，水解物生成堵塞螺旋流道，破壞液膜磨損軸承整套。

④口環磨損主要是由于滑動軸承損壞，磨損的間隙超出極限值導致。口環的磨損一般都會出現葉輪端面磨損，葉輪背后的口環磨損。前端軸承、軸套、推力盤損壞后，偶爾出現后端軸承軸套和推力盤損壞，其所占比率大約在1/20。拆開后我們可以根據以下部件的磨損情況進一步分析確認：

泵體口環和葉輪口環有磨損，說明軸承內徑過量磨損，需更換軸承；

葉輪前蓋板與泵體有磨損，說明前軸承端面過量磨損，需更換軸承；

軸承內徑磨損，軸套、推力盤磨損并顏色變黑，說明腔內氣體沒有排凈、缺液或空轉，需更換備件；

前軸承端面與推力盤表面磨損，后部軸承、推力盤無磨損，說明軸推力向前，泵處于缺液狀態。檢查入口過濾器是否堵塞、系統是否供液不足、泵是否發生汽蝕；

后軸承端面與推力盤表面磨損，前部軸承、推力盤無磨損，說明軸推力向后，有可能流量過大，檢查是否出口閥開啟過大；

定、轉子屏蔽套磨損，而軸承內徑尺寸沒有超過極限值，說明有異物進入電機腔內，檢查入口過濾器有無損壞。

2.2.2 定子絕緣值偏低，定子繞組損壞

此種情況一般為安裝期間保管不當造成，只需電氣拆開烘干即可。

軸承磨損超過極限值，“掃膛”后損壞屏蔽套，介質進入定子繞組，引起定子繞組損壞。

2.2.3 輸送介質中含有較多的固體小顆粒

重新選型，選適合這種工況的屏蔽泵，泥漿型屏蔽泵。

3 解決故障的具體辦法

概括地講就是處理進泵前的源頭，加強平時檢查維保，科學選型。

3.1 解決前端軸承、軸套、推力盤磨損，出現干磨現象的

控制措施

加大清洗過濾器的頻率，進口液罐增加壓力等辦法就可以解決。

如圖2所示，自動清洗過濾器的技改流程簡圖說明：兩臺泵，一開一備，利用運行的一臺出口高壓本性質流體，去沖洗另一臺泵的存在堵塞的過濾器，沖洗液體去現有就近的導淋液收集槽，導淋液收集槽再視具體情況定期排放至冷氫化渣漿管車。

3.2 定子絕緣值偏低，定子繞組損壞的控制措施

注意保管干燥，使用前干燥處理，定期測試絕緣值。

3.3 輸送介質中含有較多的固體顆粒的控制措施

重新選型，選適合這種工況的屏蔽泵，比如泥漿型屏蔽泵

4 故障的預防措施

4.1 正確操作

屏蔽泵的操作嚴格按操作規程執行，注意排氣，避免反轉，嚴禁空轉缺液，使其在泵的性能參數范圍內運行。

4.2 加強泵的巡檢

①泵有無異響，震動。

②查看電機電流是否在額定電流以下，額定電流的80%左右。

③看電機表面無明顯溫升（通常在介質溫度以上30 ℃以內）。

④出口壓力表在正常范圍內，指針較穩定，波動小。

⑤TRG表指示應在規定范圍內。

⑥逆循環管線溫度比入口溫度高5 ℃以內。

⑦冷卻水：常溫，0.3～0.5 MPa，水套各部位冷卻均勻。

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