低溫離心液體泵的操作

　　低溫液體泵主要分離心泵和柱塞泵，離心泵流量大、壓力較低，柱塞泵流量小、壓力高。制氧廠應(yīng)用較廣，主要用于：帶液氧吸附器或上下塔分開(kāi)流程中的循環(huán)液氧泵；無(wú)氫制氬流程中的循環(huán)粗液氬泵(粗氬塔太高還需液空泵)；內(nèi)壓縮流程中的產(chǎn)品液氧、液氮、液氬泵(一般流量較低，用柱塞泵。)；灌裝沖瓶泵(柱塞泵)；槽車(chē)沖裝泵；調(diào)峰供氣泵等。

　　二、“氣蝕”和“氣堵”

　　離心式液體泵有時(shí)會(huì)發(fā)生排不出液體，出口壓力升不上去或發(fā)生很大的波動(dòng)，泵內(nèi)有液體沖擊聲，甚至泵體也發(fā)生振動(dòng)，使液體泵無(wú)法繼續(xù)工作。這種現(xiàn)象稱(chēng)為液體泵的“氣堵”，氣堵是由于泵內(nèi)液體大量汽化而堵塞流道造成的。

　　“氣蝕”不同于“氣堵”，“氣蝕”是一種對(duì)泵的損害過(guò)程。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪內(nèi)部的壓力是不同的，進(jìn)口處壓力較低，出口處壓力較高。而液體的氣化溫度是與壓力有關(guān)系的；壓力越低(或越高)，所對(duì)應(yīng)的氣化溫度也越低(或越高)。如果液體進(jìn)到泵里的溫度高于進(jìn)口壓力所對(duì)應(yīng)的氣化溫度，則部分液體會(huì)產(chǎn)生氣化，形成氣泡。而當(dāng)氣泡被液體帶到壓力較高的區(qū)域時(shí)，由于對(duì)應(yīng)的氣化溫度相應(yīng)提高，蒸氣又會(huì)重新冷凝成液體，氣泡迅速破裂。這時(shí)，由于氣、液的密度相差幾百倍，所以在氣泡凝結(jié)、體積突然縮小的瞬間，周?chē)囊后w便以很高的速度沖向氣泡原來(lái)所占的空間，在液體內(nèi)部發(fā)生猛烈的沖擊。這種現(xiàn)象如果發(fā)生在葉片的表面，則金屬材料因反復(fù)受到很高的沖擊應(yīng)力而被侵蝕，所以叫做氣蝕。氣蝕過(guò)程發(fā)生時(shí)，出口壓力激烈波動(dòng)，流動(dòng)的連續(xù)性遭到破壞，泵的流量急劇下降。

　　當(dāng)然，氣蝕發(fā)生嚴(yán)重時(shí)，常常伴隨有氣堵現(xiàn)象。不過(guò)，不同于單純的氣堵現(xiàn)象之處在于：氣蝕要對(duì)泵造成嚴(yán)重?fù)p壞。

　　三、如何避免離心式液體泵的氣蝕現(xiàn)象？

　　液體泵產(chǎn)生氣蝕的外部原因盡管很多，例如除與泵本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與安裝、操作密切相關(guān)，但是根據(jù)產(chǎn)生氣蝕的根本原因是由于部分液體在泵內(nèi)氣化，所以防止液體氣化是避免液體泵氣蝕的根本措施。

　　為了防止液體氣化，一方面可以提高液體的壓力，以提高它的氣化溫度；另一方面應(yīng)減少外部能量的傳入，以免液體溫度提高。

　　為此應(yīng)注意下列事項(xiàng)：

　　首先要了解NPSH(凈正吸入壓頭)概念，要成功地設(shè)計(jì)一個(gè)高效的低溫液體泵系統(tǒng)，必須保證維持在泵的進(jìn)口所需的NPSH，此值要求在泵的吸入發(fā)蘭處，在各種情況下均能可靠地達(dá)到，此值應(yīng)高于流動(dòng)介質(zhì)的蒸汽壓力。NPSH是泵進(jìn)口處的液體靜壓，與泵進(jìn)口處液體開(kāi)始沸騰(飽和)的壓力之差，NPSH的值是隨流體介質(zhì)的不同、沸騰溫度的不同而變化的。對(duì)壓縮指定的液體，NPSH所需的值一般在液泵制造商的操作手冊(cè)中有陳述，在配管中必須使實(shí)際的NPSH大于或等于所需的NPSH，否則泵的最高出率會(huì)下降。為滿(mǎn)足所需的NPSH貯槽中液體壓力必須高于飽和壓力(PSL)，以克服由摩擦引起的壓力損失和液體在管道中流動(dòng)至泵時(shí)的冷量損失。這些可以從圖1泵的吸入狀況中清楚地看出。

　　從圖中可以表示出：

　　H + Hp≥Hp + Hf + NPSH

　　式中H——液體的水力壓頭，H＝Ha + Hb

　　Ha——貯槽液面的高度

　　Hb——貯槽與液體泵的高度差

　　Hp——貯槽的蒸汽壓力

　　Hf——液體流動(dòng)摩擦引起的壓力下降，即摩擦壓降

　　Hq——熱泄漏(即冷損)引起的壓力下降

　　NPSH——機(jī)器所需的凈正吸入壓頭

　　因此有兩種方法可以提高泵的吸入壓頭：(1)提高液體的高度，即足夠的水力壓頭─H，這個(gè)可將貯槽安裝在較高的水平位置上(提高Hb的值)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，貯槽的基礎(chǔ)應(yīng)比該泵的基礎(chǔ)高1m以上為佳。(2)通過(guò)增壓器將貯槽壓力提高─H。

　　為了盡量減少Hq或Hf的損失，在液體泵配管上特別要注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)進(jìn)口管應(yīng)盡可能地保持最短距離，并應(yīng)避免管路中

　　出現(xiàn)“U”型彎管。

　　(2)進(jìn)口管、出口管必須有合適的管徑，應(yīng)保持介質(zhì)的流速在國(guó)標(biāo)規(guī)定的

　　范圍內(nèi)，并盡可能地減少流動(dòng)阻力。

　　(3)除必要的數(shù)量外，在管路中應(yīng)盡量減少接頭、彎管和閥門(mén)的數(shù)目。

　　(4)進(jìn)口管必須盡可能地絕熱。

　　(5)在閥門(mén)、管件、管道的固定處，即在液體可能沸騰的地方固定撐腳，應(yīng)采用絕熱板隔離，以防冷損。

　　(6)在兩個(gè)閥門(mén)之間的液體管路上必須裝上安全閥，以免管路閥關(guān)閉時(shí)殘留液體引起超壓。

　　(7)在泵的進(jìn)口管上需增設(shè)一段波紋管(波紋管的有效圈數(shù)5～10圈)或軟管及過(guò)濾器，以保持管路系統(tǒng)的撓性和液體內(nèi)的雜質(zhì)不進(jìn)入泵體內(nèi)。

　　另外還要注意以下幾點(diǎn)：

　　1)降低泵的安裝高度，以提高泵的進(jìn)口壓力。提高液體過(guò)冷度，這樣就

　　不容易發(fā)生氣化了。

　　2)加強(qiáng)液體管路的保冷，以防液體因吸收熱量造成溫度升高而氣化；

　　3)不要讓液體泵在空轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因?yàn)楫?dāng)液體泵的出口閥關(guān)閉時(shí)，有效功率為零。電機(jī)消耗的功率只用于攪拌泵內(nèi)的液體，將使液體的溫度升高，以致造成氣化。一般規(guī)定，在啟動(dòng)前將出口閥打開(kāi)1／3為宜；

　　4)液氧吸附器要預(yù)冷徹底。因?yàn)槿绻A(yù)冷不徹底，液氧進(jìn)入吸附器后會(huì)部分氣化，使吸附器壓力升高，液氧流量下降，而功率消耗減少不多。一部分功耗便以熱能的形式傳給液氧，使液氧溫度升高。因此，預(yù)冷吸附器時(shí)應(yīng)直至能放出液體為止。旁通閥的關(guān)閉過(guò)程也不要操之過(guò)急；

　　5)如果一旦發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行排氣，直至停泵處理，以確保液體泵的安全。

　　四、離心式液體泵的密封氣

　　離心式液體泵采用密封氣的目的是為了防止液體的外漏，但不允許出現(xiàn)帶氣現(xiàn)象。因此，調(diào)節(jié)密封氣壓力的原則是讓泵在極少量的液體外漏、汽化的情況下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)密封前壓力過(guò)低時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)液體泄漏；當(dāng)密封氣壓力過(guò)大時(shí)，將有氣體通過(guò)迷宮密封漏到泵內(nèi)，造成葉輪內(nèi)帶氣甚至只空轉(zhuǎn)，因此打不上液體或壓力降下來(lái)。通常密封氣壓力減去葉輪背壓遠(yuǎn)為0.005～0.01Mpa范圍比較好。

　　密封氣介質(zhì)的選用也很講究，一般用氮?dú)饣騼x表空氣，對(duì)于沒(méi)有精氬塔的的無(wú)氫制氬流程，為防止密封氣的滲入使精液氬含氮不合格，循環(huán)氬泵的密封氣選用氬氣或采用泵側(cè)用氧氣電機(jī)側(cè)用氮?dú)怆p密封方式。

　　我廠的杭氧液氧泵與法國(guó)CRYOSTAR液氬泵密封氣結(jié)構(gòu)不太相同，對(duì)于液氧泵，參看圖2，動(dòng)密封采用主、副兩級(jí)充氣迷宮密封，主密封氣經(jīng)一精密減壓閥減為“進(jìn)1”，進(jìn)入密封器達(dá)到密封效果，并用副密封氣的壓頭“進(jìn)2”沖淡漏出的低溫氣體及阻止軸承內(nèi)的油氣進(jìn)入低溫區(qū)。同時(shí)在密封氣出口有一個(gè)氣體排放口。密封氣壓力供應(yīng)正確很重要，一般設(shè)有密封氣壓力高報(bào)警，壓力低連鎖停車(chē)。當(dāng)“進(jìn)1”指針與上觸點(diǎn)指針(數(shù)值為葉輪背壓“表1”讀數(shù)加0.4表壓)相觸時(shí)，主控室自動(dòng)報(bào)警(密封氣壓力過(guò)高)，這是調(diào)整“進(jìn)1”即可。當(dāng)“進(jìn)1”指針與下觸點(diǎn)指針(與葉輪背壓“表1”讀數(shù)相同)相觸時(shí)，泵要自動(dòng)停車(chē)，并在主控室報(bào)警(密封氣壓力過(guò)低)。泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，“進(jìn)1”指針調(diào)正在上觸點(diǎn)與下觸點(diǎn)之中。

　　液氬泵密封原理為：密封氣經(jīng)一精密減壓閥減為Pin后，進(jìn)入密封器，與從葉輪背泄露(也經(jīng)過(guò)一段密封器)的氣體一起從混合氣排放口以Pout排除，正常情況，Pin比Po(葉輪輪背壓力)高0.1～0.2bar，Po比Pout高0.1～0.2bar。(參看圖3)

　　五、離心式液體泵的啟動(dòng)

　　(l)首先要用常溫干燥氣體加溫好泵體，將殘存的水分及雜質(zhì)吹除干凈；(2)對(duì)泵進(jìn)行盤(pán)車(chē)，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活；(3)短暫供電，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，檢查電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否正確。轉(zhuǎn)向相反時(shí)將造成泵的流量和揚(yáng)程減??；(4)通入密封氣并調(diào)好密封氣壓力，進(jìn)行充分預(yù)冷。在預(yù)冷過(guò)程中，還要經(jīng)常用手盤(pán)車(chē)，檢查軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活

　　，不允許有卡死或時(shí)輕時(shí)重的現(xiàn)象。如果軸卡死而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，切不可硬扳或強(qiáng)行啟動(dòng)；(5)在啟動(dòng)時(shí)，一定要漸開(kāi)液體泵進(jìn)口閥，并打開(kāi)液體蒸氣放空閥，直至液體排出后為止。要使泵體緩慢冷卻到液體溫度，以防液體大量氣化，發(fā)生“氣堵”現(xiàn)象和“氣蝕”過(guò)程。

　　六、低溫液體泵的故障原因及排除方法

　　故障原因排除方法

　　1、泵開(kāi)動(dòng)后，出口壓力升不上⑴葉輪旋轉(zhuǎn)方向不符。

　?、票梦闯浞钟枥?，泵內(nèi)有氣體。⑴電機(jī)輸入線(xiàn)兩相接線(xiàn)對(duì)調(diào)

　?、评^續(xù)冷卻，并打開(kāi)防氣閥或調(diào)整密封氣壓力。

　　2、泵的揚(yáng)程或流量不足。⑴電機(jī)轉(zhuǎn)速不足。

　?、迫~輪或管道淤塞。

　?、怯捎诿芊鈿鈮哼^(guò)大，有過(guò)量的氣進(jìn)入泵內(nèi)。⑴增加轉(zhuǎn)速。

　?、魄逑?。

　?、钦{(diào)節(jié)密封氣壓力。

　　3、液體吸不上，指示壓力劇烈跳動(dòng)，⑴管道閥未開(kāi)或管道阻力大。

　?、乒艿缆?。⑴打開(kāi)或清洗。

　?、菩蘩?/P>

　　4、電機(jī)溫升高。⑴電機(jī)毛病。

　?、迫~輪口環(huán)已擦。

　?、敲詫m密封已碰擦。⑷⑴電工修理。

　?、普{(diào)整間隙。

　?、钦{(diào)整間隙。

　　5、突然停車(chē)⑴密封氣壓力低連鎖。

　?、戚S承內(nèi)卡死。⑴調(diào)整壓力。

　?、魄逑椿蚋鼡Q。

　　6、發(fā)生振動(dòng)或噪音⑴機(jī)身與轉(zhuǎn)子不同心。

　?、票眠M(jìn)口壓力過(guò)低或其它原因而產(chǎn)生氣蝕。

　?、沁\(yùn)動(dòng)件與固定件產(chǎn)生摩擦

　　⑷轉(zhuǎn)子零件松動(dòng)。⑴調(diào)整

　?、普{(diào)整壓力，放氣。

　?、切Ｕ?/P>

　?、葯z修

　　七、幾起液體泵事故分析

　　下面就我廠1#六千制氧機(jī)改造中出現(xiàn)的幾起液氬泵事故介紹一下：

　　(1)改造投產(chǎn)初次調(diào)氬，開(kāi)西號(hào)氬泵時(shí)，出口壓力怎么也上不去，采用充分予冷，變頻調(diào)速為最高，過(guò)濾網(wǎng)檢查，穿墻進(jìn)出口管隔熱檢查、處理等方法也沒(méi)有效果，廠家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員也束手無(wú)策。改開(kāi)東號(hào)氬泵，壓力很快上去，運(yùn)行正常。后檢修扒塔，發(fā)現(xiàn)西號(hào)氬泵進(jìn)口管道設(shè)計(jì)不合理，彎頭太多，本來(lái)粗氬Ⅱ塔塔釜就低，這樣氬泵進(jìn)口NPSH達(dá)不到設(shè)計(jì)值，出口壓力上不去。對(duì)進(jìn)口管改造，減少?gòu)濐^。再啟動(dòng)，一切正常。

　　(2)因氬泵出口管頂部開(kāi)裂，停車(chē)檢修后，再啟動(dòng)，發(fā)現(xiàn)氬泵運(yùn)行不久，壓力就掉下來(lái)，加溫反吹后，再啟動(dòng)，仍是如此，把Ⅱ塔塔釜液體全排凈，重新積液，氬泵仍不能正常運(yùn)行。最后扒氬泵小保冷箱，去掉進(jìn)口過(guò)濾器網(wǎng)，問(wèn)題得以解決。分析認(rèn)為，Ⅱ塔內(nèi)進(jìn)入珠光砂的原因是：氬泵出口管頂部開(kāi)裂，停車(chē)后，漏進(jìn)珠光砂，再流到粗氬Ⅰ塔頂部，加溫時(shí)通過(guò)餾分氣管道流進(jìn)粗氬Ⅱ塔。

　　(3)氬泵密封氣開(kāi)始選用壓力氮?dú)?，不久發(fā)現(xiàn)密封系統(tǒng)混合氣排放管有液體排出，分析認(rèn)為密封氣堵塞，用微量水分析儀分析壓力氮?dú)?，發(fā)現(xiàn)含水量近1000PPm，這些水是由于活塞氮壓機(jī)冷卻水鋼套不嚴(yán)密漏進(jìn)的，問(wèn)題原因得以找到。密封氣改用儀表空氣后，氬泵運(yùn)行正常。

　　(4)首次改造，采用取消精氬塔流程，精液氬中微量氮純度一直不合格，懷疑是密封氣滲漏造成的，研究決定密封氣改用氬泵出口壓力氬，結(jié)果精液氬仍不合格，密封氣又改回儀表氣。最后進(jìn)行二期改造，增設(shè)精氬塔后，精液氬合格。

　　(5)今年8月初，正在運(yùn)行的東氬泵發(fā)現(xiàn)漏夜，改用西氬泵，啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速只能調(diào)到2900轉(zhuǎn)／分，泵出口壓力為0.58Mpa左右，液體打不上粗氬Ⅰ塔頂部。電工咨詢(xún)廠家后，重新調(diào)試變頻器，轉(zhuǎn)速達(dá)到360

　　0轉(zhuǎn)／分，泵出口壓力升為0.8Mpa，液體可順利打入Ⅰ塔頂部。

　　八、液體泵突停對(duì)空分系統(tǒng)的影響

　　液氧吸附器用液氧泵的突停對(duì)空分系統(tǒng)影響不大，主要須注意的是安全方面，要采取主冷液氧危險(xiǎn)雜質(zhì)勤分析，加強(qiáng)液氧排放等措施。有些液體泵突停對(duì)空分系統(tǒng)影響很大，(1)無(wú)氫制氬流程中的循環(huán)粗液氬泵突停，粗氬冷凝器仍在工作，液化的大量液體積攢在粗氬Ⅱ塔底部，不能回到粗氬Ⅰ塔參加精餾，再回到上塔，這樣會(huì)使粗氬Ⅰ塔頂部含氧迅速升高，主冷液氧液位大幅降低，主冷液氧液位過(guò)低一是不利于安全；二是換熱面積減小，空氣吃不近來(lái)，氧產(chǎn)量下降，使主工況波動(dòng)很大。(2)上下塔分開(kāi)流程中的循環(huán)液氧泵突停，液氧大量積攢在上塔底部，不能回到主冷，也會(huì)使主冷液氧液位大幅降低，結(jié)果同上，同時(shí)也可能發(fā)生氮塞。所以對(duì)這兩種流程，泵若突停，要迅速恢復(fù)；正常倒泵，也要小心操作，保證流量穩(wěn)定不間斷(無(wú)氫制氬流程液氬量突然增大，會(huì)污染主冷液氧，氧氣純度下降，甚至氮塞。)。(3)對(duì)于內(nèi)壓縮流程液體泵突停，會(huì)影響產(chǎn)品氧、氮、氬的供應(yīng)。下面就液氬泵倒泵操作談幾點(diǎn)體會(huì)：

　　首先合理的循環(huán)氬泵流程對(duì)泵的安全運(yùn)行及順利倒泵很重要，圖4所示流程比較合理，每臺(tái)氬泵各有一條獨(dú)立的進(jìn)口管，以確保予冷、倒換備用泵時(shí)不影響運(yùn)行泵；過(guò)濾器、補(bǔ)償器、止回閥、安全閥的設(shè)置如前所述；另外氬泵出口回流管道不能太細(xì)，否則全回流時(shí)泵的壓力過(guò)高，不利于泵的安全；加溫閥要裝在泵后，以保證加溫時(shí)，能把過(guò)濾器上的雜質(zhì)吹除干凈。目前比較先進(jìn)的流程是，兩臺(tái)液體泵一用一備，備用泵處于冷態(tài)低速運(yùn)行，當(dāng)主泵故障停機(jī)后，備用泵能夠立即投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使整套裝置的運(yùn)行不受影響。

　　正確的倒泵操作是：對(duì)備用泵進(jìn)行予冷、啟動(dòng)，如第五項(xiàng)“離心式液體泵的啟動(dòng)”所述進(jìn)行，須注意的是，因?yàn)橛枥湟囊欢ǖ暮瑲?8%左右粗液氬，去粗氬Ⅰ塔頂部調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)關(guān)小，粗氬Ⅰ塔的回流比降低，使粗氬純度變壞，微量氧上升，因此，予冷時(shí)要相應(yīng)降低粗氬產(chǎn)量，以保持純度穩(wěn)定。另外備用泵啟動(dòng)好后，立即停運(yùn)行泵，注意要保證去粗氬Ⅰ塔流量穩(wěn)定，不要大幅波動(dòng)，否則會(huì)影響主塔工況。

　　我廠兩套無(wú)氫制氬制氧機(jī)循環(huán)氬泵流程都不盡完善，1#六千制氧機(jī)是共用一根進(jìn)口管且出口沒(méi)有止回閥，這樣予冷備用泵時(shí)，運(yùn)行泵易帶氣；倒泵時(shí)，若同時(shí)開(kāi)運(yùn)行泵和備用泵，兩臺(tái)泵都會(huì)帶氣，正確操作應(yīng)先停運(yùn)行泵，再開(kāi)備用泵，供液間斷、工況波動(dòng)是免不了的。2#一萬(wàn)四制氧機(jī)雖然進(jìn)口管各自獨(dú)立，但出口沒(méi)有止回閥，倒泵時(shí)，運(yùn)行泵和備用泵可同時(shí)開(kāi)，但開(kāi)備用泵前，不能開(kāi)出口閥，因?yàn)闆](méi)有止回閥，總管壓力液氬倒流，使備用泵無(wú)法啟動(dòng)，只能啟動(dòng)好備用泵后，馬上停運(yùn)行泵，關(guān)其出口閥，再開(kāi)備用泵出口閥，這樣也會(huì)造成供液中斷，但稍小些