提高使用寿命 节省维护成本

水洗水泵蜗壳冲刷问题的解决方法

作者:王晶、王志刚 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:26 发布时间:2018-02-02
通过分析比较高比转速离心泵蜗壳式压出室与导叶式压出室流体分布,解决化工领域水洗水泵壳体冲刷的问题,为化工装置长期安全可靠提供保障。
提高使用寿命 节省维护成本

问题概述

延长中煤榆林能化公司60万t/a DMTO联合装置DMTO单元水洗塔底泵P1203,该泵为国外进口的单级双吸双支撑径向剖分BB2结构泵,轴承为滚动球轴承,其参数如下:

介质:水(催化剂含量30 ppm);  温度:T=85 ℃;

流量:Q=1 817m3/h;            扬程:H=110 m;

必须气蚀余量:NPSH r=4.2 m;     效率η=82%;

转速:n=1 489r/min;              电机功率 P=800 kW;

图1 泵壳压出室

图1 泵壳压出室

图2 泵壳吸入室

图2 泵壳吸入室

该装置运行两年后,在检修的过程中发现泵壳压出室冲刷得比较厉害(图1),隔舌部位由于冲刷原因形成了缺口,泵盖也出现了明显的凹坑,但泵壳的吸入室及进出口管道内表面光洁,没有明显冲刷痕迹(图2、图3)。

由于该泵的介质流为高温、高压、含气/液/固三相水,存在着大量的H、S、CN-和NH+等离子,在叶轮出口介质流速较高,线速度46.8 m/s,这一线速度进入到蜗壳里,速度会有所降低,但含有颗粒的介质冲击到蜗壳式压出室内壁后,会造成蜗壳内壁金属连续不断的脱落及腐蚀,最终造成泵压出室的损坏。

问题剖析

(1)在转速一定的情况下,叶轮的外径越大,叶轮边缘的线速度越大。该泵叶轮直径达到600 mm,液体从叶轮流出后,进入蜗壳压出室,当忽略液体粘性摩擦力时,这种液流不受任何外力作用,应遵从速度矩保持性定理。粗略计算,在蜗壳压出室上的线速度V=30 m/s,含有颗粒的介质连续不断冲击泵壳,金属晶体容易松动并脱落。

(2)蜗壳式压出室固定在叶轮出口的外面,前段只起收集液体的作用,液体在此段作匀速运动。到了扩散部分才将一部分动能变成压力能。泵在偏小流量运行时,部分带有杂质及腐蚀性介质在蜗壳内循环,这一循环加重了蜗壳的磨损。

图3 泵吸入口

图3 泵吸入口

改进设计

整体改进方案

针对这一情况,我们改变传统蜗壳式离心泵设计理念,设计带有扩压器结构的双支撑双吸泵(图4),该结构可以看作是在叶轮圆周安放的几个蜗壳,多相介质速度分布均匀。而且从结构上把涡壳的收集、扩压功能和承压功能分离,收集、扩压功能通过导叶扩压器承担,高速液流通过导叶扩压器扩压后进入泵壳,流速已降低,不再对泵壳造成冲刷,泵壳只承担承压功能。由于功能的分离,泵壳的选材主要从承压的角度考虑。而叶轮、导叶扩压器和衬板这些与高速液流接触的相关零件采用耐磨材料加工,根据介质组分及含颗粒浓度的不同选用适宜的材料并进行严格处理,既大大延长了耐磨零件的使用寿命,又可通过打磨等手段提高扩压器和泵壳表面的光洁度来提高泵的效率。维修也极为方便,磨损后更换备件即可,不必返修加工,这样将大大降低设备的维护费用,关键是大大提高了设备运行可靠性、安全性。

双吸泵扩散器的叶片设计

导叶扩散器固定在叶轮出口的外面,起收集液体的作用,液体在此段作匀速矩运动,到了扩散部分会将一部分动能变成压力能,因此可以把导叶看作是在叶轮圆周安放的几个蜗壳。由于双吸泵叶轮可以看做单独两个叶轮背靠背安装,在设计双吸泵扩散器时,为了减小导叶扩散器径向尺寸,先按照该泵额定流量的一半来设计,然后将对称的导叶合起来。这样设计的导叶入口及出口为矩形,而不是传统导叶的正方形(图4可明显看出导叶叶片进出口轴向尺寸比径向尺寸大)。

图4 带扩散器结构的双支撑水洗水泵

图4 带扩散器结构的双支撑水洗水泵

结语

水洗水泵的运行特点是流量大、介质复杂,蜗壳易磨损。本文针对一台典型的激冷水泵的蜗壳冲蚀问题,通过对蜗壳式压出室改进,将蜗壳式压出室承受的两种功能分离,有针对性地解决原泵压出室磨损较快的问题。通过前文的分析,得到如下
结论。

(1)大流量带颗粒的多相流对蜗壳壁面和隔舌冲蚀的根本原因是叶轮流出的介质流速高。在速度矩相同的情况下,到达蜗壳壁上的速度高,介质中颗粒连续冲击金属表面,金属表面因局部疲劳而产生脱落,最终形成蜗壳冲刷破坏。

(2)通过增加导叶扩散器,配合环形压出室提高动能向压能转换的效率,优化了蜗壳内的流动结构,降低了环形壁面处的颗粒速度,避免了固体颗粒对泵壳的冲击,从而提高泵的使用寿命。

(3)扩散器的附加优点是提高了泵的效率和运行稳定性。综上,本文的研究对于工业领域水洗水泵壳体冲刷、含有大量固体颗粒的离心泵泵壳的冲刷这一类问题具有普遍的指导意义,工程应用价值显著。   

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