磁力泵的選用原則和條件及優(yōu)化方案分析

周大朋，周雪松，劉振東

（中國(guó)石油吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林 132021）

0 引言

煉油、石化、化工等重工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)的橡膠、樹(shù)脂、化纖、汽油、柴油是各行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，與人們的衣食住行息息相關(guān)。這些基礎(chǔ)原材料都是依靠石油煉化裂解制得，而乙烯是衡量一個(gè)國(guó)家重工業(yè)水平高低的基礎(chǔ)化工原料。為了保證乙烯的產(chǎn)量，我國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)逐步壯大，已經(jīng)建立了一大批乙烯及其相關(guān)裝置，因此乙烯裝置及其相關(guān)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。

1 磁力泵原理

磁力泵由泵頭、磁力聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)機(jī)等組成，其與普通泵的區(qū)別是磁力聯(lián)軸器由內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、外磁轉(zhuǎn)子以及承壓且不導(dǎo)磁的隔離套組成（圖1）。當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁力感應(yīng)線透過(guò)空氣和隔離套，帶動(dòng)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子（葉輪、內(nèi)磁泵軸）同步旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)軸封轉(zhuǎn)換為無(wú)靜密封，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力零泄漏、無(wú)污染傳遞。

由于泵軸、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被泵體、隔離套完全封閉，徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問(wèn)題，消除了煉油化工行業(yè)易燃、易爆、有毒、有害介質(zhì)通過(guò)泵密封泄漏的安全隱患，有力地保證了職工的身心健康和安全生產(chǎn)。

圖1 磁力泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)

磁力泵內(nèi)磁轉(zhuǎn)子兩端有滑動(dòng)徑向軸承作為支撐，并且兩側(cè)均有滑動(dòng)直推軸承平衡軸向力，處于一種軸向力自動(dòng)平衡狀態(tài)（軸向竄量3～5 mm），徹底解決了磁力泵的軸向力平衡問(wèn)題。采用釤鈷合金滑動(dòng)軸承，柔性承載結(jié)構(gòu)，耐沖擊耐更高的溫差。二次密封與雙層隔離套比較，隔離套承壓好、抗磨蝕性能好，減小了摩擦阻力。

2 磁力泵的選用

磁力泵在選型、設(shè)計(jì)時(shí)，各設(shè)計(jì)院或用戶首先是確定生產(chǎn)裝置中泵的用途和性能要求，據(jù)此選擇磁力泵的類型。選擇時(shí)首先要考慮泵的種類和形式，再根據(jù)一定的選型原則和依據(jù)進(jìn)行選擇。

2.1 選用原則和注意事項(xiàng)

（1）磁力泵是為生產(chǎn)服務(wù)的，選擇時(shí)首先要符合工藝流量、揚(yáng)程過(guò)程、輸送介質(zhì)的需要。其基本機(jī)泵性能參數(shù)，如流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕余量等，與離心泵類似，選擇時(shí)盡可能要求有較寬的工作范圍，以適應(yīng)工藝操作范圍的變化。選擇磁力泵時(shí)，主要依據(jù)2點(diǎn)進(jìn)行綜合判斷、抉擇:①一般選擇綜合性能較好的機(jī)泵，但還要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析；②盡可能在現(xiàn)有成熟的機(jī)泵系列中選取，也可以按規(guī)定程序設(shè)計(jì)、試新產(chǎn)品。流量—揚(yáng)程曲線斜率變化較快速的機(jī)泵，一般應(yīng)用在工程實(shí)際中揚(yáng)程變化較大的場(chǎng)合，而變化較平穩(wěn)的機(jī)泵，則用于工程實(shí)際中流量變化需求較大的場(chǎng)合。無(wú)論怎么選擇機(jī)泵性能，都應(yīng)該保證其工作點(diǎn)在額定（設(shè)計(jì)）工況區(qū)域內(nèi)。新設(shè)計(jì)試制的各種工況磁力泵，應(yīng)使其機(jī)組能安全運(yùn)行、不發(fā)生汽蝕、振動(dòng)和超載等。

（2）磁力泵一般用于輸送易燃易爆、毒性為中度及上、腐蝕性較強(qiáng)或特別貴重的特殊介質(zhì)，因此對(duì)機(jī)泵的靜密封要求較高。如果介質(zhì)含有腐蝕性介質(zhì)且腐蝕性是變化的，那么磁力泵的所有過(guò)流部件均需要耐強(qiáng)腐蝕性。介質(zhì)中含有固體顆粒時(shí)，不但需要各過(guò)濾部件具有較好的耐磨性，而且機(jī)泵的入口最好選擇有磁過(guò)濾的復(fù)合過(guò)濾器，以清除管路中的鐵磁性物質(zhì)，保證磁力泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（3）所選擇的磁力泵在全生命周期中，平均效率均應(yīng)最優(yōu)，這樣可以有較降低能耗和運(yùn)行成本。

（4）設(shè)備的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不但要考慮設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)用、維護(hù)檢修費(fèi)用，還需要考慮機(jī)泵在整個(gè)工藝系統(tǒng)中投入的經(jīng)濟(jì)性，盡可能在磁力泵全生命周期內(nèi)考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用型。

（5）磁力泵本身要求可靠、安裝容易、維修簡(jiǎn)便，盡量不要設(shè)計(jì)特殊的檢修工具。

（6）工藝系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的機(jī)泵，需要考慮上下游、橫線的流量揚(yáng)程變化，與彼此的相互影響。

（7）對(duì)于磁力泵的各核心部件，直接關(guān)系到泵整體運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、壽命等，每個(gè)部件均應(yīng)標(biāo)明具體的供貨廠家、材質(zhì)以及其主要的技術(shù)指標(biāo)。

（8）為了確保工程質(zhì)量，對(duì)有特殊要求參數(shù)范的泵，一般不宜委托國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家研制或開(kāi)發(fā)，以保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。

（9）現(xiàn)在階段一般磁力泵要求介質(zhì)的溫度為-75～450℃。（10）對(duì)于高黏度的介質(zhì)，磁力泵的能耗較高，因此介質(zhì)的黏度要求在100 mPa·s以內(nèi)。

（11）輸送介質(zhì)不宜含有較多顆粒。

（12）保證泵入口處的有效汽蝕余量，對(duì)于易汽化、低沸點(diǎn)介質(zhì)選用要慎重。

（13）根據(jù)磁力聯(lián)軸器的能耗比，要求驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率不高于160 kW。

2.2 選型依據(jù)

磁力泵在選型過(guò)程中要根據(jù)石油化工生產(chǎn)裝置的性質(zhì)、自身狀況和允許的條件進(jìn)行選擇，主要是從介質(zhì)的理化性質(zhì)、工藝參數(shù)（流量、揚(yáng)程、溫度）、管線設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)操作工況等多方面綜合考慮。

（1）根據(jù)泵送介質(zhì)的理化性質(zhì)條件選擇。介質(zhì)的理化性質(zhì)是選泵的首要條件，不但決定泵制造材料，還決定的結(jié)構(gòu)、性能等。

（2）根據(jù)工藝參數(shù)條件選擇。磁力泵的輸送介質(zhì)的能力決定整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力，而泵送能力由磁力泵工藝參數(shù)條件決定。工藝參數(shù)主要包括流量（最小、最大、正常、額定流量）、揚(yáng)程、出入口壓力、溫度以及有效汽蝕余量等。

（3）根據(jù)實(shí)際條件選擇。磁力泵實(shí)際工作包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、安裝溫度、大氣壓力、大氣腐蝕狀況、危險(xiǎn)區(qū)域的劃分等級(jí)。

（4）根據(jù)管路設(shè)計(jì)條件選擇。現(xiàn)場(chǎng)管路設(shè)計(jì)條件，確定管路的規(guī)格、實(shí)際走向，確定管路損失和汽蝕余量。

（5）根據(jù)操作條件選擇?，F(xiàn)場(chǎng)操作條件是磁力泵選型的有效補(bǔ)充，在實(shí)際工作中必須予以考慮。

3 優(yōu)化運(yùn)行方案

磁力泵在正確的選型、設(shè)計(jì)、制造之后就有了機(jī)泵的運(yùn)行保障。根據(jù)磁力泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，磁力泵常出現(xiàn)故障的原因?yàn)閮?nèi)外磁轉(zhuǎn)子超溫和泵抽空干磨，因此優(yōu)化措施主要針對(duì)這2個(gè)方面進(jìn)行。

（1）負(fù)荷監(jiān)測(cè)。無(wú)泄漏磁力泵在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)載、欠載、汽蝕、干轉(zhuǎn)等故障，這將造成電機(jī)或泵體的損壞，必須在短時(shí)間內(nèi)停機(jī)。一般選用功率型保護(hù)、電流型保護(hù)對(duì)機(jī)泵負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）溫度傳感器。采用PT100對(duì)驅(qū)動(dòng)軸所在的滾動(dòng)軸承箱進(jìn)行監(jiān)測(cè)是常見(jiàn)的一種優(yōu)化方案，可以有效避免因滾動(dòng)軸承損壞后造成的隔離套失效等嚴(yán)重安全環(huán)保事故。

（3）泄漏監(jiān)測(cè)。由于磁力泵輸送的介質(zhì)較為特殊，因此設(shè)置隔離套泄漏檢查，以避免危險(xiǎn)或者貴重介質(zhì)大量泄漏而造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)方式有音叉監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

磁力泵是一種不存在動(dòng)密封的無(wú)泄漏、零污染的流體輸送設(shè)備，是創(chuàng)建無(wú)泄漏工藝環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的理想用泵。在石化裝置等流體輸送領(lǐng)域，機(jī)械密封占比達(dá)到了70%以上，因機(jī)械密封失效引起的設(shè)備故障和安全事故時(shí)有發(fā)生，因而磁力泵受到越來(lái)越多工程技術(shù)人員的喜愛(ài)。磁力泵在正確選型設(shè)計(jì)之后，再有優(yōu)化運(yùn)行方案，就形成了一個(gè)完善的設(shè)備運(yùn)行基礎(chǔ)。