磁力泵的外置冲洗方案浅析

摘 要：化工生产中要求输送的介质绝对无泄漏，对工厂的设备特别是动设备要求更加严格。现结合磁力泵在醋酐生产装置中的应用，阐述了磁力泵的优缺点，分析了几种磁力泵外置冲洗方案。实践表明，磁力泵采取外置冲洗方案取得了良好的使用效果，更好地保障了工艺的安全生产。

关键词：磁力泵;外置冲洗;颗粒;无泄漏

0    引言

为了保障化工企业安全生产，磁力泵被广泛应用，伴随着化工工艺复杂化，需要输送的介质同时具备有毒有害、含有杂质颗粒等特性，这就要求对只能输送纯净液体的磁力泵进行升级改造，对其内部进行必要的外置冲洗，从而达到保障安全生产、延长设备使用寿命的目的。

1    磁力泵简介

磁力泵是应用现代磁力学原理，利用永磁体的磁力传动实现扭矩的无接触传递的一种新型泵，也就是电机带动外转子（即外磁钢）總成旋转时，通过磁场的作用磁力线穿过隔离套带动内转子（即内磁钢）旋转，内磁钢又和叶轮通过泵轴相连接，从而带动叶轮同步旋转，达到输送介质的目的[1]。由于由泵体、泵盖、隔离套部件组成的屏蔽密封腔体不存在动密封，这就保证了磁力泵的零泄漏、无污染。

在磁力泵的泵轴上，有两对滑动轴承，起到支撑内磁钢和叶轮的作用。滑动轴承由内套和外套组成，泵在工作时，滑动轴承的外套静止，内套跟随泵轴、叶轮、内磁钢同步旋转，输送的介质在叶轮做功形成的压力下，通过泵盖内部开孔流经滑动轴承，对滑动轴承进行润滑、冷却，再经过泵轴中心孔回流到叶轮中心，即泵壳腔内。滑动轴承的材质为无压烧结碳化硅，这种碳化硅硬度高，耐磨性能好，承受温度可达1 800 ℃，靠介质本身冷却润滑，缺点一是非常脆，二是不能干磨，这就决定了磁力泵输送的介质不能含有颗粒。如有颗粒存在于滑动轴承的内套和外套之间，泵工作后，滑动轴承内套和外套相互转动，就会导致滑动轴承破碎损坏;磁力泵工作时还必须有介质润滑滑动轴承，使滑动轴承内套和外套不至于干磨成粉末。

2    磁力泵在醋酐装置中的应用——磁力泵外置冲洗方案1

醋酐是一种有机物，化学式为C4H6O3，无色透明液体，有强烈的乙酸气味，易燃，有腐蚀性，有催泪性，所以输送醋酐时绝对不允许有任何泄漏，选用无泄漏的磁力泵是比较好的方案之一。

在醋酐的生产过程中，一些醋酐的粗品中往往带有一些杂质和颗粒，这就对输送设备磁力泵的滑动轴承系统造成了致命伤害。鉴于滑动轴承在泵运转中是用所输送介质来进行冷却和润滑的，因此在泵盖外面开一个孔，把泵盖内部开孔堵死，泵盖外面开的孔一直延伸到滑动轴承所在的位置，在泵盖开孔处接上管道，引进干净的、不含杂质的醋酐（或醋酸），对滑动轴承进行冲洗。冲洗液经过泵盖到达滑动轴承所在位置，经过内磁钢端泵轴中心孔，回流到叶轮中心位置，使所输送的醋酐粗品不能到达滑动轴承处，这样滑动轴承内部就没有了颗粒的存在。

需要注意的是，外置冲洗液的选择需满足以下几点：（1）外置冲洗液必须是不含杂质的纯净液体，不结晶，不析出其他固体。（2）外置冲洗液不能与泵所输送的介质发生反应，不改变原有输送介质的性质。（3）外置冲洗液不能影响生产工艺的稳定运行，不会增加对外置冲洗液的处理工艺。

外置冲洗液的压力确定和整个转子的平衡调节：通过滑动轴承的支撑，磁力泵的叶轮、泵轴、内磁钢组成了转子。叶轮是靠叶轮中心的平衡孔大小来调节动态平衡的。当使用外置冲洗液对滑动轴承进行冷却、润滑时，引进了新的压力，而且外置冲洗液还要通过内磁钢端的泵轴的中心孔流到叶轮的中心位置，那么外置冲洗液的压力必然要大于叶轮中心位置的压力，也就是大于泵的入口压力。不仅如此，外置冲洗液的压力还要大于泵扬程所产生的压力，这样泵腔里面的液体才不会顺着泵盖和泵轴的间隙流到滑动轴承所在的隔离套腔体内。这就打破了原有的动态平衡，使叶轮向前推，于是就要增大叶轮的平衡孔直径，以达到新的动态平衡。经过试验得出，当外置冲洗液压力=（泵入口压力+泵扬程压力）×1.15时，叶轮正好能保持原有的平衡，无须增大叶轮平衡孔直径。

外置冲洗液的压力确定了，为实现这个压力，则需要另外一台设备给外置冲洗液加压，可以选择计量泵，还可以选择新增加一台磁力泵。对于工艺要求严格、关键的磁力泵设备，可以选择这种主泵加辅泵的方案;对于多台流程泵，不同工位且进口压力和泵的扬程不一样的工况，还可以选择集中供给外置冲洗液的方案，即新增一台外置冲洗液设备，新增设备的扬程（外置冲洗液的压力）要以多台流程泵中所需压力最大的一台为准进行选取，对于外置冲洗液压力大于实际需要的压力的流程泵，则采取增大叶轮平衡孔的方案，使叶轮达到新的动态平衡。

磁力泵外置冲洗方案1，满足了磁力泵可以输送含有杂质的介质且要求零泄漏的工况，为安全生产提供了多一层的保护。

3    磁力泵外置冲洗方案2

当磁力泵输送的介质含有颗粒，且找不到一种符合要求的外置冲洗液时，可以选择让外置冲洗液只流经泵盖和隔离套组成的腔体，完成对滑动轴承的冷却、润滑，不回流到泵体和泵盖组成的腔体，也就是在泵盖前面加上动态密封，以泵盖为分界线，把泵体腔和隔离套腔分离开来，具体方案如下：

（1）外置冲洗液不进入工艺流程，应选择价格低廉、纯净、不含杂质、稳定性好的介质。

（2）增加泵轴长度，因为要在泵盖前安装动态密封，泵轴长度要增加。泵轴中心孔由通孔改为半通孔，即泵轴在泵盖后面的部分钻中心孔，在两对滑动轴承之间的位置，垂直方向钻两孔，与中心孔相连接，为外置冲洗液循环用。

（3）泵盖要开上下两个孔，且都与隔离套腔相连接。外置冲洗液从特定的缓冲罐流出，经过冲洗液加压泵对冲洗液做功，冲洗液从泵盖下孔流到滑动轴承处，一部分对滑动轴承进行冷却、润滑，一部分流过内磁钢，经泵轴后面的中心孔流回到滑动轴承的开孔处，再经泵盖上孔流回到缓冲罐，形成一个循环。

（4）外置沖洗液的压力要小于主泵的扬程所产生的压力，当泵盖前面的动态密封损坏时，输送的介质因为压力高会流到隔离套腔体里（保证工艺中不进去其他液体），输送介质伴随着外置冲洗液流出主泵，在缓冲罐的刻度线上看到液面上升，就应及时对主泵进行维修，即更换损坏的动态密封。

（5）这种磁力泵的外置冲洗方案，可以使主泵应用于更多工况，例如：1）真空装置。在很多生产工艺中，因为工艺需要，磁力泵的进口压力为负压，也就是在启动主磁力泵后，磁力泵内并没有液体，这样持续运转几秒钟，磁力泵的滑动轴承在没有液体润滑的情况下就会严重磨损，带来不必要的损坏。如果采用这种外置冲洗液方案，滑动轴承内的冷却润滑液是外界单独供给，不管泵腔里有没有输送的介质，泵都不会损坏，达到了磁力泵可以空运转的目的。2）卸车装置。有很多化工厂的原料需要外购，运输方式大多是汽运或者火车，卸车泵如果选用的是磁力泵，在卸车的尾声时，槽罐内的液体介质已经很少了，满足不了泵的吸量，管道内会进来大量气体，磁力泵会出现不上量、振动等情况，极其容易损坏，原因就是没有足够的介质对滑动轴承冷却、润滑，而且卸车还卸不干净，槽罐内有大量剩余的介质未流出。对磁力泵使用外置冲洗液后，上述情况就不会发生，卸车也能完全卸干净。

4    磁力泵外置冲洗方案3

当主泵所输送的介质不能外泄还含有颗粒，或者介质外泄后很难处理，而又找不到一种可以进入工艺系统的介质时，可以选择把原有的输送介质中的颗粒分离出来，再用干净、不含颗粒的输送介质来冲洗滑动轴承，冲洗液随着输送介质一起进入工艺流程，具体方案如下：

（1）旋液分离器的使用：分离输送介质中的颗粒，可以选择使用旋液分离器[2]。在磁力泵的出口处和进口处分别开孔，磁力泵的出口处用管道连接旋液分离器，旋液分离器上端连接泵盖开孔，下端连接泵进口的开孔，磁力泵的泵轴不需要增长或改变，泵盖只在外面开一个孔，并连接到滑动轴承所在的位置。内部其他位置不开孔。

（2）冲洗液的流动途径：磁力泵运转后，输送的介质有一小部分通过泵出口的开孔，进入旋液分离器。经过旋液分离器对液体的分离，一部分带有颗粒的介质经旋液分离器的下端出口流回到磁力泵的进口，一部分干净的介质通过管道进入泵盖里，再经过泵盖内部的开孔，流到滑动轴承所在处，对滑动轴承进行冷却、润滑，再由泵轴的内磁钢端中心孔流回叶轮中心位置，随泵输送介质一起进入工艺系统。此冲洗方案完美满足了在没有外界冲洗液存在的情况下，磁力泵输送含有颗粒的无泄漏液体的工况。

5    磁力泵外置冲洗方案4

磁力泵的内磁钢位于隔离套腔内，整体都浸泡在磁力泵所输送的介质或冲洗液中。内磁钢选用的是优质钐钴合金磁块，理论上所能承受的最高温度是450 ℃，考虑到内磁钢转动，隔离套切割磁感线所产生的热量，输送的介质温度一般都控制在350 ℃以内。为了使用磁力泵输送高温介质（在没有外界冲洗液存在的情况下），可以把磁力泵外置冲洗方案3中的旋液分离器换成换热器，降低冲洗液的温度，再去冲洗滑动轴承系统，使磁力泵可以输送更高温度的介质。

6    结语

磁力泵采用外置冲洗方案，实现了易燃易爆、有毒有害且含有颗粒的液体在高温、要求无泄漏等工况下的输送，更好地保障了工艺的安全生产。

[参考文献]

[1] 美国石油协会.石油、重化学和天然气工业用无密封式离心泵：API Std 685—2000[S].

[2] 李丹.API682标准简介和分析[J].流体机械，1997（8）：42-43.

收稿日期：2021-08-19

作者简介：陈金祥（1985—），男，山东滕州人，技术员，从事机电、设备方面的工作。