屏蔽泵液流異常的危害與預防處理對策

甘樹坤 周國良

(1. 吉林化工學院；2. 中國石油吉林石化公司)

屏蔽泵液流異常的危害與預防處理對策

甘樹坤*1周國良2

(1. 吉林化工學院；2. 中國石油吉林石化公司)

介紹了屏蔽泵的結構特點和基本原理，對液流異常的危害進行了分析，采用監測報警系統對其軸承磨損情況進行監測、監控，并提出了合理有效的防范措施與預防處理對策。

屏蔽泵 循環液 液流異常 預防監測

在工業生產和生活中，泵是廣泛應用的流體輸送設備，隨著人們環境保護和安全意識的不斷提高，無論其輸送的流體介質是否具有危險性，都開始要求無泄漏的工藝環境和良好的工作環境。屏蔽泵是離心泵與三相交流電動機相結合的一種新型環保型泵類[1]，由于其沒有轉軸密封，實現了輸送介質的零泄漏，解決了流體輸送過程中的跑、冒、滴、漏等環保、安全問題，因而在化工、石油、制造、航天、制冷及醫藥等領域得到了越來越廣泛的應用[2]。筆者介紹了屏蔽泵的結構和工作原理，分析了液流異常對泵的危害，采用預防監測裝置對其軸承磨損情況進行監控，并提出合理、有效的處理對策。

1 屏蔽泵的結構和工作原理

屏蔽泵屬于離心泵，在結構上只有靜密封沒有動密封，因此在輸送液體時能保證不泄漏。屏蔽泵結構如圖1所示[3～5]，葉輪和電機轉子固定為一體(葉輪與電機共軸)，被封裝在一個密封的壓力容器腔內。定子組件的內表面與轉子組件的外表面裝有屏蔽套進行隔離，屏蔽套為非磁性的金屬薄板，為了與輸送的液體完全隔離，用耐腐蝕的金屬厚板在側面與其焊接在一起。電動機轉子與葉輪由電機前后的兩個滑動軸承支撐，轉子在輸送液體中運轉，所需動力由定子磁場傳遞。傳統離心泵具有的旋轉動密封裝置結構在這里由靜密封裝置取代，能夠達到安全無泄漏的目的，因此屏蔽泵亦稱為無泄漏離心泵。

屏蔽泵的輸送介質從泵的入口供液，并充滿泵室，通過葉輪高速旋轉產生的離心力的作用不斷地從排出口排出，然后分成主流部分和循環液部分。主流部分由排出口直接進入壓力管道，保證生產工況的需求；循環液部分則由排出口經過濾器進入循環管，依次通過RB端蓋、后側軸承、軸承與軸套之間的間隙、電機腔內(定子屏蔽套與轉子屏蔽套之間)的間隙、前側軸承與前側軸套之間的間隙、葉輪的平衡孔和葉輪吸入口端(泵室)，完成一次循環過程，并同時實現對電機腔體和軸承裝置進行冷卻和潤滑的目的[1]。

由屏蔽泵的工作原理可知：屏蔽泵是依靠循環液的往復循環流動對電機腔內的定子屏蔽套、轉子屏蔽套、軸承和軸套進行冷卻和潤滑的。因此，循環液在屏蔽泵運行過程中起著非常重要的作用，主要表現為兩個方面：循環液的往復流動可將電機運行過程中產生的熱量帶走，防止過熱停車；循環液的往復流動相當于對滑動軸承提供了冷卻潤滑劑，防止產生干磨擦。

圖1 屏蔽泵結構1——泵體；2——過濾器； 3——調整墊片； 4——軸套； 5——墊片； 6——緊定螺釘； 7、13——軸承； 8、23——推力盤； 9——銷；10——接線盒； 11——RB端蓋； 12、44——密封墊圈； 14——排氣閥； 15——循環管； 16——活接頭； 17、21、29、32、37、40——螺栓； 18、39——止動墊圈； 19、27、38——墊圈；20、28、33——彈簧墊圈； 22——軸套； 24——軸； 25——轉子； 26——轉子屏蔽套；30——定子屏蔽套；31——定子； 34——機架；35——底座； 36——塞子； 41——鍵；42——葉輪； 43——FB端蓋

2 液流異常的危害

屏蔽泵在運行過程中出現的液流異常現象主要包括空轉、流量不足及斷液等情況，對屏蔽泵電機和軸承裝置的危害極大：

a. 導致屏蔽泵電機腔內的定子屏蔽套與轉子屏蔽套無法被及時冷卻，使其形成過熱，導致輸送介質汽化，造成泵內零部件損壞、自鎖停車，從而無法正常工作。

b. 導致泵內的滑動軸承因沒有或缺少冷卻潤滑劑而產生軸承磨損，對滑動軸承裝置形成嚴重破壞。

屏蔽泵的軸承磨損主要有兩種形式：一種是軸承與軸套之間的磨損；另一種是軸承與平衡盤之間的磨損。這兩種磨損形式都將對屏蔽泵的正常運行造成嚴重危害[4]。

屏蔽泵的軸承與軸套嚴重磨損將會造成軸承與軸套的間隙增大，導致屏蔽泵在運行中出現以下幾種情況：

a. 產生劇烈的振動和異常的噪聲；

b. 泵軸產生徑向跳動，造成彎曲；

c. 由于葉輪跳動將和泵體產生摩擦、磨損和撞擊，從而導致葉輪、泵體的斷裂損壞；

d. 由于葉輪口環與泵體口環產生摩擦、撞擊，從而造成口環磨損或泵體碎裂；

e. 定子與轉子的屏蔽套金屬表面產生相對摩擦、磨損，介質侵入定子和轉子鐵芯，從而造成主線圈受損短路，電機燒損。

軸承與平衡盤之間的磨損主要是軸承端面與平衡盤端面的磨損，從而造成軸向不平衡；同時，開車時軸向竄動間隙增大，電機的電流增大，使葉輪與泵體嚴重摩擦，產生強烈的振動和噪聲，從而導致葉輪與泵體損壞。另外，由于磨損可能產生火花而導致爆炸，造成嚴重的設備事故。

3 屏蔽泵的預防監測與處理對策

屏蔽泵的預防監測裝置如圖2所示，該預防監測裝置是根據單接線盒直接啟動電氣線路監控原理進行設計的，主要由信號監測THJ熱元件、M.K模塊和TRG表3部分組成，并且與KZB空轉保護器、ZDB軸承磨損報警器相連接。屏蔽泵軸承的磨損情況可以通過該監測裝置進行現場檢查監視和遠距離監控。屏蔽泵空轉(輸送介質液流異常)時，KZB空轉保護器監測到電流減小，然后自動停泵；軸承磨損時，ZDB軸承磨損報警器通過現場和遠距離監測、監控裝置自動報警，防止空轉。TRG表指針顯示工作狀況，指示過大時，自動監測控制系統啟動報警或自動停車等裝置，有效防止電機燒損等設備事故的發生。

圖2 屏蔽泵的預防監測裝置

屏蔽泵內介質的汽化狀態監測可通過計算機遠程監控系統進行監控，如欠載報警及自鎖停車等。

屏蔽泵軸承磨損和運行狀況可通過TRG表指針所在的3個區域(綠區、黃區和紅區)進行監控、判斷和處理。TRG表綠區為安全區域；黃區為提示、注意區域；紅區為危險區域。屏蔽泵TRG表的初始值是預先調整好的，但由于運輸、定裝和實際介質狀況(如溫度、粘度及比重等)與水壓試驗時不同等原因，實際初始運行時的指示值過大，因此需要進行現場調整。屏蔽泵連續工作運轉時TRG表指示狀況與處理對策見表1。

表1 屏蔽泵連續工作運轉時TRG表

屏蔽泵運行過程中如果出現液流異常現象，可以通過監測報警系統進行有效預防和處理。在實際生產運行過程中，要注意保持工況的工藝參數在正常狀態，輸送介質流量平穩，防止波動和不穩定狀況的頻繁發生，這是保證屏蔽泵正常平穩運行的重要條件。同時，操作人員的正確操作和對突發故障的有效處理是防范事故發生的重要因素。

4 結束語

介紹了屏蔽泵運行時液流異常現象的危害，分析研究了預防監控和工藝操作處理防范理論，通過監測報警系統對其進行監測、監控，提出合理有效的防范措施與預防處理方法，為屏蔽泵的正常、安全、穩定運行提供了借鑒和保障。

[1] 周國良，劉興德，陳慶. 屏蔽泵在線監測與故障判斷處理 [J].化工自動化及儀表，2013，40(3)：419～421.

[2] 甘樹坤，周國良，孟新.屏蔽泵運行過程中斷液或流量不足的危害與預防監控[J].化工自動化及儀表，2014，41(10)：1208～1210.

[3] 周國良.泵技術問答[M]. 北京：化學工業出版社，2009.

[4] GB/T 25140-2010，無軸封回轉動力泵技術條件(Ⅱ類)[S]. 北京：中國標準出版社，2010.

[5] API STD 685-2000，Sealless Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services[S].New York: American Petroleum Institute,2000.

*甘樹坤，男，1973年6月生，副教授。吉林省吉林市，132022。

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0254-6094(2015)02-0294-04

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