濕法磷酸濃縮裝置軸流泵技改總結(jié)

楊建新， 趙樹紅

(云南云天化紅磷化工有限公司 云南開遠(yuǎn) 661699)

在濕法磷酸生產(chǎn)中，濃縮裝置采用軸流泵強(qiáng)制循環(huán)的方式進(jìn)行稀磷酸提濃。軸流泵多為臥式泵，其流量、揚(yáng)程等性能參數(shù)的匹配性和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響濃縮裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，降低軸流泵的故障率、提升設(shè)備性能參數(shù)是濕法磷酸濃縮裝置面臨的主要問題。

1 軸流泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)

云南云天化紅磷化工有限公司85.0 kt/a濕法磷酸濃縮裝置于2006年9月建成投產(chǎn)，近年來由于軸流泵故障率高、稀磷酸雜質(zhì)含量較多，導(dǎo)致濃縮裝置生產(chǎn)負(fù)荷下降，2019年實(shí)際生產(chǎn)能力僅為80.0 kt/a。該濃縮裝置采用的軸流泵為HZ760型臥式離心泵，設(shè)計(jì)流量5 500 m3/h，揚(yáng)程4.2 m，采用皮帶輪傳動(dòng)、填料密封結(jié)構(gòu)形式，泵轉(zhuǎn)速463 r/min；配套電動(dòng)機(jī)為Y355M4-6型，功率為200 kW。

2 軸流泵故障率高的原因分析

2.1 皮帶輪傳動(dòng)的影響

皮帶輪運(yùn)行時(shí)，由于帶輪兩邊的拉力差以及相應(yīng)的變形差形成彈性滑動(dòng)易引起皮帶打滑，導(dǎo)致帶輪與從動(dòng)輪的速度損失。彈性滑動(dòng)與載荷、轉(zhuǎn)速、帶輪直徑和皮帶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，彈性滑動(dòng)率通常在1%～2%。皮帶輪過載時(shí)引起的打滑，使皮帶的運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇下降，磨損加劇，嚴(yán)重影響皮帶的使用壽命。皮帶在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生反復(fù)伸縮，特別是帶輪上的繞曲會(huì)使皮帶體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。泵端皮帶輪與電機(jī)端皮帶輪的皮帶張緊時(shí)，易使電機(jī)前軸承和泵端后軸承產(chǎn)生徑向拉力，造成軸承使用壽命縮短，電機(jī)前軸承使用壽命一般為6個(gè)月，泵端后軸承使用壽命一般為3個(gè)月。

2.2 密封形式的影響

軸流泵設(shè)計(jì)采用填料密封，因填料磨損和老化引起酸外漏時(shí)，必須更換填料，且填料更換前必須將系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)排盡，整個(gè)過程耗時(shí)一般為5 h，按每月平均更換填料1～2次計(jì)，全年裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率僅為設(shè)計(jì)值的90%左右。

填料處要建立密封，需使用工藝水，與系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)形成壓差，部分密封水不可避免地會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，導(dǎo)致稀磷酸濃度降低，在增加能耗的同時(shí)降低了裝置出力率。查看安裝在密封水進(jìn)口和出口水管上的水表測定結(jié)果，進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)的密封水量約為1.50 m3/h。

2.3 葉輪的影響

葉輪是軸流泵傳遞能量的主要工作部件，由葉片、輪轂、動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。軸流泵的葉片為扇形曲形面，安裝過程中葉輪與短節(jié)間隙調(diào)整不當(dāng)或不對(duì)稱，易造成葉輪旋轉(zhuǎn)一周的流量波動(dòng)較大。

葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水平截面上不同半徑的圓周速度不等，葉頂圓周速度大，而輪轂處的圓周速度小，這不僅使葉片沿半徑方向受力不均，而且流體獲得的能量也不同，使流體沿葉頂?shù)捷嗇灝a(chǎn)生渦流，造成能量損失[1]。

葉片與輪轂角度增大3°后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)葉片被磨損、輪轂局部有凹坑，大幅降低了軸流泵的流量和揚(yáng)程，造成裝置負(fù)荷下降。

3 改造措施

3.1 軸功率核算

根據(jù)HZ760型軸流泵的軸功率參數(shù)得知，該泵效率僅為68%，如果將泵效率提升至86%(設(shè)計(jì)最大值90%)，軸功率未超設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)軸功率核算結(jié)果，將電動(dòng)機(jī)功率由200 kW提高至250 kW，同步完成電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)鋼架的改造；根據(jù)葉輪與短節(jié)的安裝間隙，將葉輪直徑由Ф 755 mm增大至Ф 760 mm。經(jīng)計(jì)算，改造后流量由5 500 m3/h提高至6 500 m3/h，浮頭式石墨換熱器列管介質(zhì)流速由2.38 m/s提升至2.86 m/s。

3.2 優(yōu)化傳動(dòng)方式

為消除皮帶傳動(dòng)時(shí)帶輪間產(chǎn)生的徑向力及傳遞功率的損失，鑒于標(biāo)準(zhǔn)硬齒面減速機(jī)具有傳動(dòng)效率高、承載能力強(qiáng)、配比靈活、組合方便、傳遞平穩(wěn)、安裝簡易等優(yōu)點(diǎn)，將皮帶傳動(dòng)改為減速機(jī)直接連接傳動(dòng)。選用的減速機(jī)型號(hào)為1C225N型，軸流泵轉(zhuǎn)速由463 r/min提升至517 r/min，傳遞功率的損失減少，徹底消除軸承所受的徑向力，有助于延長軸承的使用壽命，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

改造后，通過現(xiàn)場監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，泵效率明顯提高，主要體現(xiàn)在：①采用減速機(jī)傳動(dòng)的軸流泵故障率低，電機(jī)前軸承使用壽命由6個(gè)月延長至24個(gè)月，泵端后軸承使用壽命由3個(gè)月延長至12個(gè)月，軸套使用周期由3個(gè)月延長至1年，軸承溫度由70 ℃降至45 ℃，填料使用周期由15～20 d延長至2個(gè)月；②裝置穩(wěn)定運(yùn)行周期由18 d延長至25 d左右，年檢修次數(shù)由18次減少至14次，年增加運(yùn)行時(shí)間共計(jì)180 h。

3.3 調(diào)整密封結(jié)構(gòu)形式

干氣密封是用帶壓密封氣替代高壓密封液[2]，用氣體阻塞替代傳統(tǒng)的液體阻塞，實(shí)現(xiàn)工藝介質(zhì)零泄漏。

將軸流泵的密封結(jié)構(gòu)由填料密封改為雙端面干氣密封，由靜環(huán)和動(dòng)環(huán)組成的密封裝置固定在軸套上，比泵腔內(nèi)壓力高0.2～0.3 MPa的密封氣體進(jìn)入靜環(huán)的密封腔內(nèi)[3]，密封腔內(nèi)的氣體通過軸與軸套間的間隙由排氣孔排出。

密封結(jié)構(gòu)形式調(diào)整后，年密封更換費(fèi)用由約25萬元降至5萬元，密封水用量由1.50 m3/h降至0.10～0.12 m3/h。

4 結(jié)語

采取上述優(yōu)化措施后，2020年濕法磷酸濃縮裝置實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到98.8 kt/a，同時(shí)大幅減少了維修費(fèi)用，達(dá)到了改造目的。