新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵在氯氣干燥硫酸循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用

陳欣

(浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004)

氯堿企業(yè)一般利用高濃度硫酸的強(qiáng)吸水性來(lái)干燥電解槽出來(lái)的濕氯氣。典型的氯氣干燥工藝有串聯(lián)的填料塔組流程、強(qiáng)化型泡沫塔流程、填料塔與泡罩塔組合流程。不論何種工藝，均采用濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%～98%)作為干燥劑。各級(jí)干燥塔配套的硫酸循環(huán)泵將硫酸從干燥塔底泵送至塔頂，經(jīng)分布器噴淋而下，與自下而上的濕氯氣逆流接觸，濕氯氣中的水蒸氣被濃硫酸吸收。最終，氯氣中的水分被控制在0.015%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下，吸收了水分的濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至75%～80%后被排出系統(tǒng)。

1 氯氣干燥系統(tǒng)硫酸循環(huán)泵現(xiàn)狀

1.1 采用機(jī)械密封離心泵的缺陷

盡管濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，但在常溫狀態(tài)下，當(dāng)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥70%時(shí)，其與大多數(shù)金屬會(huì)發(fā)生鈍化反應(yīng)，在金屬表面生成鈍化膜，阻止腐蝕的深入，故較多企業(yè)選用碳鋼、高硅鑄鐵、不銹鋼過(guò)流材質(zhì)的機(jī)械密封離心泵輸送濃硫酸；也有一些氯堿企業(yè)選用襯氟塑料機(jī)械密封離心泵輸送濃硫酸。不管選用何種過(guò)流材質(zhì)的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)離心泵(見(jiàn)圖1)，由于機(jī)械密封本身存在微量泄漏，而摩擦副和密封墊有使用壽命，再加上氯氣干燥系統(tǒng)中濃硫酸與碳鋼、氯氣反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生以Fe2(SO4)3為主、少量的FeCl3和水不溶物的酸泥；酸泥逐漸集聚在機(jī)械密封的彈性補(bǔ)償系統(tǒng)上，造成彈性補(bǔ)償系統(tǒng)失效。這些因素的疊加導(dǎo)致機(jī)械密封結(jié)構(gòu)離心泵或多或少存在一定量泄漏；泄漏出來(lái)的硫酸會(huì)腐蝕泵原件和泵基礎(chǔ)，造成硫酸循環(huán)泵的檢修頻率高。而檢修過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)較大，硫酸滲入地下還會(huì)影響地下水水質(zhì)，存在較多的安全與環(huán)保隱患。因此，采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)離心泵輸送硫酸已不適應(yīng)當(dāng)前越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保政策。

1—泵殼;2—葉輪;3—密封圈;4—泵蓋;

1.2 常規(guī)氟塑料磁力泵存在的問(wèn)題

鑒于機(jī)械密封離心泵不可回避的缺陷，少數(shù)廠家選取氟塑料磁力泵予以替代。磁力泵是磁力聯(lián)軸器和泵結(jié)合為一體，利用磁力耦合傳遞扭矩。它主要由泵頭、外磁缸(主動(dòng)轉(zhuǎn)子)、內(nèi)磁缸(從動(dòng)轉(zhuǎn)子)、隔離套組成。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁缸旋轉(zhuǎn)，由于磁力耦合作用，內(nèi)磁缸同步旋轉(zhuǎn)，因內(nèi)磁缸與葉輪連成一體，葉輪隨內(nèi)磁缸同步旋轉(zhuǎn)，完成抽吸物料。在內(nèi)磁缸和外磁缸之間有隔離套，抽吸的物料被封閉在隔離套內(nèi)，因?yàn)闆](méi)有普通離心泵的軸封問(wèn)題，所以磁力泵是一種無(wú)泄漏泵。常規(guī)氟塑料磁力泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

常規(guī)氟塑料磁力泵在使用過(guò)程中存在如下問(wèn)題。①由于常規(guī)磁力泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，葉輪和軸在長(zhǎng)時(shí)間使用后容易打滑。②遇高溫(物料溫度>75 ℃)或輸送密度大的物料時(shí)，內(nèi)、外磁缸容易退磁。③由于采用不銹鋼材質(zhì)加固套，在交變磁場(chǎng)中會(huì)感應(yīng)出磁渦流，產(chǎn)生渦流損耗，降低了磁力泵的運(yùn)轉(zhuǎn)效率；此外，濃硫酸中含有少量酸泥，這些酸泥若不能及時(shí)排出，會(huì)堵塞磁力泵的內(nèi)循環(huán)通道，導(dǎo)致因磁渦流產(chǎn)生的熱量無(wú)法被帶走，造成泵因高溫而損壞。④大流量(>150 m3/h)磁力離心泵國(guó)內(nèi)很少有廠家開(kāi)發(fā)。

1—泵殼;2—隔離套;3—不銹鋼加固套;4—葉輪;5—軸承;6—靜環(huán);7—?jiǎng)迎h(huán);8—軸套;9—主軸;10—內(nèi)磁缸;11—外磁缸;12—支架;13—密封圈。

總體評(píng)估，磁力泵作為一種無(wú)泄漏泵，只要針對(duì)上述問(wèn)題予以改進(jìn)，應(yīng)該是氯氣干燥系統(tǒng)硫酸循環(huán)泵徹底解決泄漏問(wèn)題的最佳選擇。

2 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的成功開(kāi)發(fā)

2.1 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的結(jié)構(gòu)

浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡(jiǎn)稱“巨化電化廠”)與衢州維德新材料有限公司合作，結(jié)合多年在各種物料環(huán)境使用磁力泵的經(jīng)驗(yàn)，從選材、結(jié)構(gòu)、制造精度等方面共同探究，不斷優(yōu)化、改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出一種新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵(見(jiàn)圖3)，應(yīng)用于硫酸循環(huán)系統(tǒng)。

1—泵殼;2—葉輪;3—軸套;4—軸承;5—中軸座;6—密封圈;7—內(nèi)磁缸;8—外磁缸;9—密封墊;10—隔離套;11—加固套;12—壓板;13—支架;14—連接板;15—電動(dòng)機(jī)。

2.2 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的特點(diǎn)

使用新材料。過(guò)流部件襯里選用耐腐蝕、耐高溫、高強(qiáng)度的PFA材料，適用工作溫度-20～180 ℃，該溫度滿足氯堿行業(yè)對(duì)泵的要求。

采用新結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)組件采用陶瓷軸承副支承和限位一體化結(jié)構(gòu)，取消了常規(guī)氟塑料磁力泵的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)設(shè)計(jì)，避免了葉輪在泵殼中軸向竄動(dòng)的不穩(wěn)定因素和泵體螺栓擰緊對(duì)葉輪旋轉(zhuǎn)所需要間隙的影響，即葉輪的旋轉(zhuǎn)間隙和泵的裝配松緊程度無(wú)關(guān)。在碳化硅軸承上開(kāi)設(shè)了經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的螺旋槽，運(yùn)行中可產(chǎn)生推動(dòng)力，推動(dòng)物料加速內(nèi)循環(huán)，故可輸送含一定量固體顆粒的物料。

提高制造精度。組裝完成后，葉輪與殼體之間前后竄動(dòng)間隙0.10～0.15 mm，左右晃動(dòng)間隙0.05～0.08 mm，確保泵運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、噪聲低、振動(dòng)小。

解決了外磁缸磁泄漏問(wèn)題。重新設(shè)計(jì)的外磁缸結(jié)構(gòu)，使得外磁缸的磁泄漏量控制在20～30 Gs，減少了渦流損失，提升了泵的運(yùn)行效率。

采用高強(qiáng)度碳纖維和特種樹(shù)脂制成非金屬加固套。該加固套具有耐壓強(qiáng)度高，耐高溫并耐一定的腐蝕。其作為隔離套的支撐層，不僅有效保證了隔離套的經(jīng)久耐用，還杜絕了金屬材質(zhì)保護(hù)套無(wú)法回避的渦流升溫和渦流損耗弊端，泵的運(yùn)行效率可提升至與可比的機(jī)械密封泵基本一致，故該結(jié)構(gòu)形式氟塑料磁力泵最大流量可達(dá)到500 m3/h，突破了國(guó)內(nèi)氟塑料磁力泵流量的瓶頸。

3 應(yīng)用效果

新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵在巨化電化廠氯干燥硫酸輸送系統(tǒng)投用后，已連續(xù)運(yùn)行超過(guò)1年，期間未停車(chē)檢修，也無(wú)任何硫酸泄漏，徹底解決了硫酸輸送泵泄漏這一難題。巨化電化廠還擴(kuò)大了該泵的應(yīng)用范圍，在氯水循環(huán)、蒸發(fā)堿液循環(huán)等系統(tǒng)推廣，均取得了良好效果(見(jiàn)表1)。

表1 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵運(yùn)行情況

實(shí)踐證明：新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的應(yīng)用，在有效解決泄漏問(wèn)題的同時(shí)，大幅度減少上述強(qiáng)腐蝕性物料輸送泵的檢修頻率，降低了檢修過(guò)程中人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，也消除了環(huán)保隱患，提升了企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境面貌，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。