磁力泵在氨精制系統中的應用

田亮

（1.西安石油大學材料科學與工程學院，陜西 西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽471012）

磁力泵在氨精制系統中的應用

田亮

（1.西安石油大學材料科學與工程學院，陜西 西安710065；2.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽471012）

本文介紹了磁力泵的工作原理和結構特點，對其在輸送有毒有害介質時的優點進行了說明，對其在氨精制系統中輸送液氨的過程中出現的一些問題，分析了原因，提出了改進措施。

磁力泵；應用；故障分析；處理措施

1 磁力泵發展簡介

石油化工業的快速發展，促進了裝置的大型化和工藝流程的多樣化和復雜化，要求輸送介質的流程泵具有更高的可靠性、安全性和經濟性。無泄漏磁力泵在這種背景下應運而生。

我國于上世紀70年代末、80年代初開始研制磁力泵，由于磁路設計、材料選擇等種種原因，開始僅局限于幾個大型的科研院所。80年代末、90年代初，在南方江浙地區出現小型磁力泵生產廠家，只能生產小功率塑料磁力泵。直至90年代后期，國內生產大功率金屬磁力驅動泵的廠家大量出現，大大推動了我國磁力泵的發展與應用。

據沈陽水泵廠情報處提供：國外磁力泵的應用達到泵使用總量的30%，國內不足2%。磁力泵在一定范圍內有取代普通泵和其他無泄漏泵的趨勢。

2 磁力泵的工作原理

磁力驅動泵是由電動機帶動外磁轉子旋轉，在磁場的作用下使內磁轉子同步轉動，內磁轉子通過泵軸和葉輪連在一起，電動機就通過內外磁轉子足夠的磁吸力的作用帶動葉輪一起旋轉，達到輸送液體的目的，而內外轉子之間并不接觸。為了達到使輸送介質不產生泄漏的目的，在內外轉子之間裝有隔離套，輸送的液體被封閉在隔離套內，解決了普通機泵的機械密封的泄漏問題，也就是說磁力泵把動密封轉化成了靜密封，所以說磁力泵是一種無泄漏泵。

3 磁力泵在氨精制系統中的應用

氨精制系統是洛陽石化四聯合污水汽提裝置的一部分，它采用濃氨水循環洗滌—結晶吸附聯合工藝，將污水汽提塔側線冷凝分離出來的粗氨氣經過進一步精制脫除硫化氫，利用氨壓機壓縮成工業液氨儲存在液氨罐內，再由液氨泵定期送至油品車間。

氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛，為運輸及儲存便利，通常將氣態的氨氣通過加壓或冷卻得到液態氨。液氨具有腐蝕性，容易揮發，所以其化學事故發生率相當高。許多煉化企業逐步引進了各類磁力泵以達到介質無泄漏的要求。

磁力泵采用平底隔離套，隔離套材質采用鈦合金，軸套和止推盤片采用YWN8，滑動軸承采用SSIC材質，磁轉子部件材質選用釤鈷2:17永磁材料。該泵自2005年投入生產以來，多次發生故障，嚴重影響了安全生產的正常進行。主要故障問題為：第一，氣蝕，泵無法穩定運行；第二，軸向力平衡不好，導致滑動軸承、軸套、止推盤損壞；第三，內轉子退磁，內轉子部件處介質發生汽化現象。

4 故障分析及處理措施

4.1 氣蝕，泵無法穩定運行

原因分析：

為保證泵的可靠運行，不發生氣蝕，必須滿足在任何工況下，裝置有效氣蝕余量Δha≧泵必需的最小氣蝕余量Δhr。由現場給定的使用條件確定的裝置汽蝕余量Δha=0.8m，該磁力泵必需的最小氣蝕余量Δhr=1.5m，Δha≦Δhr，產生汽蝕[1]。

4.1.1 提高裝置有效氣蝕余量Δha的措施

為保證不發生氣蝕，從用戶角度要盡可能多地提供吸入動力，即要提高吸入表面壓力，減少液體飽和蒸汽壓，減少吸入面和泵軸中心垂直距離，減少吸入管路中的水力損失等。其中吸入表面壓力和液體飽和蒸汽壓，在石油化工廠都有操作工藝決定的。作為設備技術人員，在裝置建成投產后，很難改動這兩個參數，主要采用灌注頭吸入裝置，即吸液缸液面比泵軸線位置高。另外就是要減少吸入管路中的水力損失，這主要是在吸入管路中盡可能減少閥門和彎頭等。

首先將兩個液氨儲罐的容積變大，同時將液氨罐高度提高至1.3m，磁力泵的高度降低至0m，目前的高度差為1.3m；其次磁力泵移位至液氨儲罐的旁邊，這樣就使泵入口管線縮短了10.0 m，彎頭減少了3個。

4.1.2 提高泵本身抗氣蝕的措施

采用誘導輪，將其設計成圓柱形外緣和圓錐輪轂的高揚程誘導輪，裝入泵入口，當液體流過誘導輪時便對液體做功而增加能量，相當于對進入后面葉輪的液體起增壓作用，從而提高泵的吸入性。防止液氨在泵入口汽化產生的汽蝕，以保護泵的運行。

通過以上改進措施后，目前由現場給定的使用條件確定的裝置汽蝕余量Δha=1.3m，改進后的磁力泵必需的最小氣蝕余量Δhr=0.8m，Δha≧Δhr，不會產生汽蝕。

4.2 內轉子退磁，內轉子部件處介質發生汽化現象

原因分析：

磁力泵的軸承、內磁轉子和隔離套在運行中都會產生熱量，這將使工作溫度升高，一方面使傳遞的功率下降，另一方面對輸送液氨這樣易汽化液體，泵會產生很大的麻煩。磁鋼傳遞的能力隨溫度的升高是一條連續下降的曲線。

通常，在磁鋼工作極限溫度以下，其傳遞能力的下降是可逆的，而在極限溫度以上則是不可逆的，即磁鋼冷卻后，喪失的傳遞能力再也不能恢復。特殊情況下在磁力聯軸器出現滑脫（失步）時，隔離套中的渦流熱量會急劇增長，溫度急劇上升，如不及時處理，會引起磁鋼退磁，使磁力聯軸器失效。綜上所述,轉子退磁的直接原因就是磁渦流產生的熱量沒能及時帶走,使轉子處的溫度高于磁塊的退磁溫度,而使轉子退磁。

因此磁力泵應采用可靠的冷卻系統，同時部件選材也很重要。

4.2.1 改進前，軸承循環冷卻槽采用兩個，循環路比較單一。改進后,針對液氨容易氣化的特點，采用高壓進低壓出循環路，取壓點非常高。介質從葉輪出口經過泵蓋上的液流孔流向內轉子處，從泵蓋流出的介質分成經內轉子與隔離套的間隙流向軸孔和流向滑動軸承，一起經平衡孔流出。此種冷卻循環方式，盡量保證內轉子的冷卻量及流速，增加了對轉子端軸承的循環冷卻。

4.2.2 對于摩擦副的選配方面，我們充分考慮液氨這種介質對問題的敏感性，選配方式，選用了金屬與石墨的配對方式，滑動軸承更改為石墨，軸套更改為金屬結構，止推盤更改為金屬鑲嵌結構，大大地降低了軸承處的溫升，保證了軸承處不會出現汽化，干摩擦現象。

5 磁力泵運行維護中應注意事項

5.1 磁力泵軸承為滑動軸承，采用自身介質進行潤滑冷卻，若輸送介質中含有固體雜物時，很容易造成軸承表面損傷，嚴重會造成軸承損壞，因此，為防止雜物對滑動軸承的損害，必須在泵入口設置目數較高的過濾器（目前在大硫磺裝置中磁力泵入口設置有過濾器），并根據介質情況定期清理。

5.2 嚴格禁止磁力泵在無介質、抽空或出口閥長期關閉情況下運轉。磁力泵在運轉過程中，隔離套處于交變的磁場中，產生渦流發熱，這部分熱量必須由冷卻介質及時帶走，否則當內外磁轉子溫度超過磁性材料的居里溫度時，就會造成磁性材料永久退磁損壞。另外，磁力泵的滑動軸承也是靠磁力泵本身輸送介質進行冷卻潤滑，如果不能建立穩定自身冷卻循環，也會對滑動軸承造成損壞。

5.3 避免操作參數的大幅度波動。操作參數的大幅度波動會造成磁力泵泵軸的軸向竄動，產生很大的軸向力，容易造成止推盤的損壞，所以，當工藝條件變化時，應平穩操作，避免流量等參數大幅波動。

5.4 在裝置開停工過程中，需要對工藝管線、設備進行吹掃時，避免蒸汽等高溫介質過泵，防止軸承炸裂。

6 結論

磁力泵在氨精制系統輸送液氨幾年來，多次出現故障，大量的維修費用增加了裝置運行成本。為此，泵生產廠家陸續對泵進行改造，車間通過技術改造，加強生產工藝上的平穩操作，使磁力泵出現的問題逐漸得到了解決。目前。機泵一直運行良好，解決了由于修泵造成介質泄漏、外排造成的環境污染問題，滿足了環保、生產安全的需要。

[1]薛敦松等.石油化工設備檢修手冊-泵[M].北京：中國石化出版社，2007.

[2]郭祖梁.石油化工工程師實用技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2005.

TM355

A

1671-0037（2014）01-63-1.5

2013年12月6日。

田亮（1983.1-），男，在職研究生，助理工程師，研究方向：材料工程。