磁力泵在氨精制系统中的应用
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[摘 要] 本文介绍了磁力泵的工作原理和结构特点，对其在输送有毒有害介质时的优点进行了说明，对其在氨精制系统中输送液氨的过程中出现的一些问题，分析了原因，提出了改进措施。
[关键词] 磁力泵；应用；故障分析；处理措施
[中图分类号] TM355 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2014）01-63-1.5
1 磁力泵发展简介
石油化工业的快速发展，促进了装置的大型化和工艺流程的多样化和复杂化，要求输送介质的流程泵具有更高的可靠性、安全性和经济性。无泄漏磁力泵在这种背景下应运而生。
我国于上世纪70年代末、80年代初开始研制磁力泵，由于磁路设计、材料选择等种种原因，开始仅局限于几个大型的科研院所。80年代末、90年代初，在南方江浙地区出现小型磁力泵生产厂家，只能生产小功率塑料磁力泵。直至90年代后期，国内生产大功率金属磁力驱动泵的厂家大量出现，大大推动了我国磁力泵的发展与应用。
据沈阳水泵厂情报处提供：国外磁力泵的应用达到泵使用总量的30%，国内不足2%。磁力泵在一定范围内有取代普通泵和其他无泄漏泵的趋势。
2 磁力泵的工作原理
磁力驱动泵是由电动机带动外磁转子旋转，在磁场的作用下使内磁转子同步转动，内磁转子通过泵轴和叶轮连在一起，电动机就通过内外磁转子足够的磁吸力的作用带动叶轮一起旋转，达到输送液体的目的，而内外转子之间并不接触。为了达到使输送介质不产生泄漏的目的，在内外转子之间装有隔离套，输送的液体被封闭在隔离套内，解决了普通机泵的机械密封的泄漏问题，也就是说磁力泵把动密封转化成了静密封，所以说磁力泵是一种无泄漏泵。
3 磁力泵在氨精制系统中的应用
氨精制系统是洛阳石化四联合污水汽提装置的一部分，它采用浓氨水循环洗涤―结晶吸附联合工艺，将污水汽提塔侧线冷凝分离出来的粗氨气经过进一步精制脱除硫化氢，利用氨压机压缩成工业液氨储存在液氨罐内，再由液氨泵定期送至油品车间。
氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨具有腐蚀性，容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。许多炼化企业逐步引进了各类磁力泵以达到介质无泄漏的要求。
磁力泵采用平底隔离套，隔离套材质采用钛合金，轴套和止推盘片采用YWN8，滑动轴承采用SSIC材质，磁转子部件材质选用钐钴2：17永磁材料。该泵自2005年投入生产以来，多次发生故障，严重影响了安全生产的正常进行。主要故障问题为：第一，气蚀，泵无法稳定运行；第二，轴向力平衡不好，导致滑动轴承、轴套、止推盘损坏；第三，内转子退磁，内转子部件处介质发生汽化现象。
4 故障分析及处理措施
4.1 气蚀，泵无法稳定运行
原因分析：
为保证泵的可靠运行，不发生气蚀，必须满足在任何工况下，装置有效气蚀余量Δha泵必需的最小气蚀余量Δhr。由现场给定的使用条件确定的装置汽蚀余量Δha=0.8 m，该磁力泵必需的最小气蚀余量Δhr=1.5 m，ΔhaΔhr，产生汽蚀[1]。
4.1.1 提高装置有效气蚀余量Δha的措施
为保证不发生气蚀，从用户角度要尽可能多地提供吸入动力，即要提高吸入表面压力，减少液体饱和蒸汽压，减少吸入面和泵轴中心垂直距离，减少吸入管路中的水力损失等。其中吸入表面压力和液体饱和蒸汽压，在石油化工厂都有操作工艺决定的。作为设备技术人员，在装置建成投产后，很难改动这两个参数，主要采用灌注头吸入装置，即吸液缸液面比泵轴线位置高。另外就是要减少吸入管路中的水力损失，这主要是在吸入管路中尽可能减少阀门和弯头等。
首先将两个液氨储罐的容积变大，同时将液氨罐高度提高至1.3 m，磁力泵的高度降低至0 m，目前的高度差为1.3 m；其次磁力泵移位至液氨储罐的旁边，这样就使泵入口管线缩短了10.0 m，弯头减少了3个。
4.1.2 提高泵本身抗气蚀的措施
采用诱导轮，将其设计成圆柱形外缘和圆锥轮毂的高扬程诱导轮，装入泵入口，当液体流过诱导轮时便对液体做功而增加能量，相当于对进入后面叶轮的液体起增压作用，从而提高泵的吸入性。防止液氨在泵入口汽化产生的汽蚀，以保护泵的运行。
通过以上改进措施后，目前由现场给定的使用条件确定的装置汽蚀余量Δha=1.3 m，改进后的磁力泵必需的最小气蚀余量Δhr=0.8 m，ΔhaΔhr，不会产生汽蚀。
4.2 内转子退磁，内转子部件处介质发生汽化现象
原因分析：
磁力泵的轴承、内磁转子和隔离套在运行中都会产生热量，这将使工作温度升高，一方面使传递的功率下降，另一方面对输送液氨这样易汽化液体，泵会产生很大的麻烦。磁钢传递的能力随温度的升高是一条连续下降的曲线。
通常，在磁钢工作极限温度以下，其传递能力的下降是可逆的，而在极限温度以上则是不可逆的，即磁钢冷却后，丧失的传递能力再也不能恢复。特殊情况下在磁力联轴器出现滑脱（失步）时，隔离套中的涡流热量会急剧增长，温度急剧上升，如不及时处理，会引起磁钢退磁，使磁力联轴器失效。综上所述，转子退磁的直接原因就是磁涡流产生的热量没能及时带走，使转子处的温度高于磁块的退磁温度，而使转子退磁。
因此磁力泵应采用可靠的冷却系统，同时部件选材也很重要。
4.2.1 改进前，轴承循环冷却槽采用两个，循环路比较单一。改进后，针对液氨容易气化的特点，采用高压进低压出循环路，取压点非常高。介质从叶轮出口经过泵盖上的液流孔流向内转子处，从泵盖流出的介质分成经内转子与隔离套的间隙流向轴孔和流向滑动轴承，一起经平衡孔流出。此种冷却循环方式，尽量保证内转子的冷却量及流速，增加了对转子端轴承的循环冷却。
4.2.2 对于摩擦副的选配方面，我们充分考虑液氨这种介质对问题的敏感性，选配方式，选用了金属与石墨的配对方式，滑动轴承更改为石墨，轴套更改为金属结构，止推盘更改为金属镶嵌结构，大大地降低了轴承处的温升，保证了轴承处不会出现汽化，干摩擦现象。
5 磁力泵运行维护中应注意事项
5.1 磁力泵轴承为滑动轴承，采用自身介质进行冷却，若输送介质中含有固体杂物时，很容易造成轴承表面损伤，严重会造成轴承损坏，因此，为防止杂物对滑动轴承的损害，必须在泵入口设置目数较高的过滤器（目前在大硫磺装置中磁力泵入口设置有过滤器），并根据介质情况定期清理。
5.2 严格禁止磁力泵在无介质、抽空或出口阀长期关闭情况下运转。磁力泵在运转过程中，隔离套处于交变的磁场中，产生涡流发热，这部分热量必须由冷却介质及时带走，否则当内外磁转子温度超过磁性材料的居里温度时，就会造成磁性材料永久退磁损坏。另外，磁力泵的滑动轴承也是靠磁力泵本身输送介质进行冷却，如果不能建立稳定自身冷却循环，也会对滑动轴承造成损坏。
5.3 避免操作参数的大幅度波动。操作参数的大幅度波动会造成磁力泵泵轴的轴向窜动，产生很大的轴向力，容易造成止推盘的损坏，所以，当工艺条件变化时，应平稳操作，避免流量等参数大幅波动。
5.4 在装置开停工过程中，需要对工艺管线、设备进行吹扫时，避免蒸汽等高温介质过泵，防止轴承炸裂。
6 结论
磁力泵在氨精制系统输送液氨几年来，多次出现故障，大量的维修费用增加了装置运行成本。为此，泵生产厂家陆续对泵进行改造，车间通过技术改造，加强生产工艺上的平稳操作，使磁力泵出现的问题逐渐得到了解决。目前。机泵一直运行良好，解决了由于修泵造成介质泄漏、外排造成的环境污染问题，满足了环保、生产安全的需要。
参考文献：
[1]薛敦松等.石油化工设备检修手册-泵[M].北京：中国石化出版社，2007.
[2]郭祖梁.石油化工工程师实用技术手册[M].北京：化学工业出版社，2005.
收稿日期：2013年12月6日。
作者简介：田亮（1983.1-），男，在职研究生，助理工程师，研究方向：材料工程。