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流程中的循環(huán)液氧泵；無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)；槽車沖裝泵；調(diào)峰供氣泵等。

　　二、“氣蝕”和“氣堵”

　　離心式液體泵有時會發(fā)生排不出液體，出口壓力升不上去或發(fā)生很大的波動，泵內(nèi)有液體沖擊聲，甚至泵體也發(fā)生振動，使液體泵無法繼續(xù)工作。這種現(xiàn)象稱為液體泵的“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”是一種對泵的損害過程。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時，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)口壓力所對應(yīng)的氣化溫度，則部分液體會產(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，由于對應(yīng)的氣化溫度相應(yīng)提高，蒸氣又會重新冷凝成液體，氣泡迅速破裂。這時，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，周圍的液體便以很高的速度沖向氣泡原來所占的空間，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。氣蝕過程發(fā)生時，出口壓力激烈波動，流動的連續(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，常常伴隨有氣堵現(xiàn)象。不過，不同于單純的氣堵現(xiàn)象之處在于：氣蝕要對泵造成嚴(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：

　　首先要了解NPSH(凈正吸入壓頭)概念，要成功地設(shè)計一個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下降。為滿足所需的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至泵時的冷量損失。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)的流速在國標(biāo)規(guī)定的

　　范圍內(nèi)，并盡可能地減少流動阻力。

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

　　(4)進(jìn)口管必須盡可能地絕熱。

　　(5)在閥門、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)在兩個閥門之間的液體管路上必須裝上安全閥，以免管路閥關(guān)閉時殘留液體引起超壓。

　　(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)時間過長。因?yàn)楫?dāng)液體泵的出口閥關(guān)閉時，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，在啟動前將出口閥打開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)冷吸附器時應(yīng)直至能放出液體為止。旁通閥的關(guān)閉過程也不要操之過急；

　　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)密封前壓力過低時，就會出現(xiàn)液體泄漏；當(dāng)密封氣壓力過大時，將有氣體通過迷宮密封漏到泵內(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。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，對于沒有精氬塔的的無氫制氬流程，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CRYOSTAR液氬泵密封氣結(jié)構(gòu)不太相同，對于液氧泵，參看圖2，動密封采用主、副兩級充氣迷宮密封，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)。同時在密封氣出口有一個氣體排放口。密封氣壓力供應(yīng)正確很重要，一般設(shè)有密封氣壓力高報警，壓力低連鎖停車。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，主控室自動報警(密封氣壓力過高)，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，泵要自動停車，并在主控室報警(密封氣壓力過低)。泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，“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

　　(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)對泵進(jìn)行盤車，檢查轉(zhuǎn)動是否靈活；(3)短暫供電，使電機(jī)轉(zhuǎn)動，檢查電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否正確。轉(zhuǎn)向相反時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)冷過程中，還要經(jīng)常用手盤車，檢查軸轉(zhuǎn)動是否靈活

　　，不允許有卡死或時輕時重的現(xiàn)象。如果軸卡死而不能轉(zhuǎn)動，切不可硬扳或強(qiáng)行啟動；(5)在啟動時，一定要漸開液體泵進(jìn)口閥，并打開液體蒸氣放空閥，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、泵開動后，出口壓力升不上⑴葉輪旋轉(zhuǎn)方向不符。

　?、票梦闯浞钟枥洌脙?nèi)有氣體。⑴電機(jī)輸入線兩相接線對調(diào)

　　⑵繼續(xù)冷卻，并打開防氣閥或調(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。

　　⑵葉輪或管道淤塞。

　?、怯捎诿芊鈿鈮哼^大，有過量的氣進(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，⑴管道閥未開或管道阻力大。

　?、乒艿缆＂糯蜷_或清洗。

　?、菩蘩?/P>

　　4、電機(jī)溫升高。⑴電機(jī)毛病。

　　⑵葉輪口環(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⑴密封氣壓力低連鎖。

　　⑵軸承內(nèi)卡死。⑴調(diào)整壓力。

　?、魄逑椿蚋鼡Q。

　　6、發(fā)生振動或噪音⑴機(jī)身與轉(zhuǎn)子不同心。

　?、票眠M(jìn)口壓力過低或其它原因而產(chǎn)生氣蝕。

　?、沁\(yùn)動件與固定件產(chǎn)生摩擦

　?、绒D(zhuǎn)子零件松動。⑴調(diào)整

　?、普{(diào)整壓力，放氣。

　　⑶校正

　?、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，開西號氬泵時，出口壓力怎么也上不去，采用充分予冷，變頻調(diào)速為最高，過濾網(wǎng)檢查，穿墻進(jìn)出口管隔熱檢查、處理等方法也沒有效果，廠家現(xiàn)場調(diào)試人員也束手無策。改開東號氬泵，壓力很快上去，運(yùn)行正常。后檢修扒塔，發(fā)現(xiàn)西號氬泵進(jìn)口管道設(shè)計不合理，彎頭太多，本來粗氬Ⅱ塔塔釜就低，這樣氬泵進(jìn)口NPSH達(dá)不到設(shè)計值，出口壓力上不去。對進(jìn)口管改造，減少彎頭。再啟動，一切正常。

　　(2)因氬泵出口管頂部開裂，停車檢修后，再啟動，發(fā)現(xiàn)氬泵運(yùn)行不久，壓力就掉下來，加溫反吹后，再啟動，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)口過濾器網(wǎng)，問題得以解決。分析認(rèn)為，Ⅱ塔內(nèi)進(jìn)入珠光砂的原因是：氬泵出口管頂部開裂，停車后，漏進(jìn)珠光砂，再流到粗氬Ⅰ塔頂部，加溫時通過餾分氣管道流進(jìn)粗氬Ⅱ塔。

　　(3)氬泵密封氣開始選用壓力氮?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)猓l(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，啟動時，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、液體泵突停對空分系統(tǒng)的影響

　　液氧吸附器用液氧泵的突停對空分系統(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雜質(zhì)勤分析，加強(qiáng)液氧排放等措施。有些液體泵突停對空分系統(tǒng)影響很大，(1)無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，主冷液氧液位過低一是不利于安全；二是換熱面積減小，空氣吃不近來，氧產(chǎn)量下降，使主工況波動很大。(2)上下塔分開流程中的循環(huán)液氧泵突停，液氧大量積攢在上塔底部，不能回到主冷，也會使主冷液氧液位大幅降低，結(jié)果同上，同時也可能發(fā)生氮塞。所以對這兩種流程，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(無氫制氬流程液氬量突然增大，會污染主冷液氧，氧氣純度下降，甚至氮塞。)。(3)對于內(nèi)壓縮流程液體泵突停，會影響產(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：

　　首先合理的循環(huán)氬泵流程對泵的安全運(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、倒換備用泵時不影響運(yùn)行泵；過濾器、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)，否則全回流時泵的壓力過高，不利于泵的安全；加溫閥要裝在泵后，以保證加溫時，能把過濾器上的雜質(zhì)吹除干凈。目前比較先進(jìn)的流程是，兩臺液體泵一用一備，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：對備用泵進(jìn)行予冷、啟動，如第五項“離心式液體泵的啟動”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)閥會自動關(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，否則會影響主塔工況。

　　我廠兩套無氫制氬制氧機(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)口管且出口沒有止回閥，這樣予冷備用泵時，運(yùn)行泵易帶氣；倒泵時，若同時開運(yùn)行泵和備用泵，兩臺泵都會帶氣，正確操作應(yīng)先停運(yùn)行泵，再開備用泵，供液間斷、工況波動是免不了的。2#一萬四制氧機(jī)雖然進(jìn)口管各自獨(dú)立，但出口沒有止回閥，倒泵時，運(yùn)行泵和備用泵可同時開，但開備用泵前，不能開出口閥，因?yàn)闆]有止回閥，總管壓力液氬倒流，使備用泵無法啟動，只能啟動好備用泵后，馬上停運(yùn)行泵，關(guān)其出口閥，再開備用泵出口閥，這樣也會造成供液中斷，但稍小些