無密封離心泵選用時應注意的問題

一、概述
      無密封離心泵，也稱無泄漏離心泵，可分為磁力驅動離心泵(以下簡稱磁力泵)和屏蔽泵，它們在結構上只有靜密封而無動密封，因此輸送液體時能保證一滴不漏。 隨著環境保護要求的不斷提高，無密封離心泵的應用也越來越廣泛。為便于大家合理選用無密封離心泵，通過介紹無密封離心泵的類型、原理、結構，比較磁力泵和 屏蔽泵的特性，歸納出無密封離心泵選用時應注意的一些問題。
二、磁力泵
1． 磁力泵的工作原理
     磁力傳動是利用磁體能吸引鐵磁物質以及磁體或磁場之間有磁力作用的特性，而非鐵磁物質不影響或很少影響磁力的大小，因此可以無接觸地透過非磁導體(隔離套)進行動力傳輸。
       磁力傳動可分為同步或異步設計。大多數磁力泵采用同步設計。電動機通過外部聯軸器和外磁鋼聯在一起，葉輪和內磁鋼聯在一起。在外磁鋼和內磁鋼之間設有全密 封的隔離套，將內、外磁鋼完全隔開，使內磁鋼處于介質之中，電機的轉軸通過磁鋼間磁極的吸力直接帶動葉輪同步轉動。
     異步設計磁性傳動，也稱扭矩環磁性傳動。用鼠籠式結構的扭矩環來取代內磁鋼，扭矩環在外磁鋼的吸引下以略低的速度轉動。由于無內磁鋼，因此其使用溫度要高于同步驅動的磁力傳動。
2． 磁力泵的結構
1） 磁力耦合器
       磁力傳動由磁力耦合器來完成。磁力耦合器主要包括內磁鋼、外磁鋼及隔離套等零部件，是磁力泵的核心部件。磁力耦合器的結構、磁路設計，及其各零部件的材料 關系到磁力泵的可靠性，磁傳動效率及壽命。磁力耦合器應在規定的環境條件下適用于戶外啟動和連續操作，不應出現脫耦和退磁現象。
（1） 內、外磁鋼
     內磁鋼應用粘合劑牢固地固定在導環上，并用包套將內磁鋼和介質隔離。包套最小厚度應為0.4mm，其材料應選用非磁性的材料，并適用于輸送的介質。
     外磁鋼也應用粘合劑牢固地固定在外磁鋼環上。為防止裝配時外磁鋼的損壞，外磁鋼內表面最好也應覆以包套。
       同步磁力耦合器應選用釤鈷、釹鐵硼等稀土型磁性材料；扭矩環傳動器可選用釤鈷、釹鐵硼等稀土磁性材料，或鋁鎳鈷磁性材料。釹鐵硼的磁能積高于釤鈷，缺點是 使用溫度僅為120℃，且磁穩定性相對較差。釤鈷的磁傳動效率和磁能積高，并具有極強的抗退磁能力。用于磁力泵的釤鈷通常有兩種，釤鈷1.5級 Sm1Co5和2.17級Sm2Co17。釤鈷1.5級含釤35%，鈷65%，最高使用溫度250 ℃，居里溫度523℃；釤鈷   2.17級含釤25%，鈷50%，鈦、 鐵等 25%，其最高使用溫度達350 ℃，居里溫度750℃。
（2） 隔離套
     隔離套也稱隔離罩或密封套，位于內、外磁鋼之間，將內、外磁鋼完全隔開，介質封閉在隔離套內。隔離套的厚度與工作壓力和使用溫度有關，太厚，則增加內、外磁鋼的間隙尺寸，從而影響磁傳動效率；太薄，則影響強度。
       隔離套有金屬和非金屬兩種，金屬隔離套存在渦流損失，非金屬隔離套無渦流損失。金屬隔離套應選用高電阻率的材料，如用哈氏合金、鈦合金等，也可選用奧氏體 不銹鋼，其厚度一般應大于或等于1.0mm。對于小功率的磁力泵，且使用溫度較低時，其隔離套也可考慮采用非金屬材料，如塑料或陶瓷等。
2）滑動軸承
(1) 碳化硅陶瓷
     磁力泵一般采用碳化硅陶瓷軸承。為防止游離的硅離子進入介質，一般應要求采用純燒結的α級碳化硅。碳化硅滑動軸承，承載能力高，且具有極強的耐沖蝕、耐化學腐蝕、耐磨損和良好的耐熱性，使用溫度可達500℃以上。碳化硅滑動軸承的使用壽命一般可達3年以上。
(2) 石墨
     石墨具有較好的自潤滑性能，可經受短時間的干運行，使用溫度可達450℃，缺點是耐磨性能較差。石墨滑動軸承的使用壽命一般可達1年以上。
3．泵保護系統
(1) 軸承狀態監測器
     如果用戶需要，一些國際知名廠商可配置非接觸式的軸承狀態監測器，用于防止軸承磨損失效、聯軸器的脫耦、轉子卡住，及功率系統故障等。
(2) 電機功率監控器
     電機功率監控器通過監測電機功率，來避免發生低流量或干運轉。
(3) 溫度探頭
     用溫度探頭(RTD)來監測隔離套的溫度，以反映泵在操作中狀態的變化。可防止泵的干運轉、內外軸承磨損、嚴重汽蝕、悶泵、泵卡住、以及系統過熱等。
(4) 差壓開關
     用差壓開關來監測泵出口的壓力變化，可防止泵的干運轉、嚴重汽蝕、悶泵、泵卡住等。尤其適用于容器卸空/槽車卸載等。
(5) 第二層保護
a. 承壓密閉的磁耦合箱體
     隔離套外為磁耦合箱體，如圖1的虛線部分。對于高系統壓力下輸送某些劇毒或易燃化學品時，該箱體應為承壓密閉容器，其設計和試驗壓力值和泵的液力端相同；且泵外軸和磁耦合箱體之間應設節流襯套和機械密封(俗稱二次密封)。
b. 雙隔離套結構
(6) 液體泄漏探頭
       對于采用第二層保護的磁力泵，應設置液體泄漏探頭。對于承壓密閉的磁耦合箱體結構的磁力泵，當隔離套破裂，或由于其它原因有液體進入磁耦合箱體時，探頭就 會報警；對于雙隔離套結構的磁力泵，當內隔離套破裂，或由于其它原因有液體進入內外隔離套之間的腔體時，探頭就會報警。
三、屏蔽泵
1. 屏蔽泵的工作原理
     屏蔽泵的泵頭和電動機都被封閉在一個被泵送介質充滿的壓力容器內，此壓力容器只有靜密封。屏蔽泵的葉輪和電動機的轉子固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電動機的轉子和定子隔開，轉子在被輸送的介質中運轉，其動力通過定子磁場傳遞給轉子。
2屏蔽泵的結構
（1） 滑動軸承
     由于轉子較長，屏蔽泵需設前后兩個滑動軸承座。這兩個軸承要求精確對中。如果對中不佳，軸承很容易碎裂。
由于石墨材質相對較軟，因此屏蔽泵的滑動軸承較多地采用石墨材質。石墨滑動軸承與表面堆焊鎢、鉻、鈷等硬質合金或等離子噴涂氮化硅一類硬質合金制成的軸套組成摩擦副，使用壽命可達一年以上。
也有些屏蔽泵廠商，由于較好地解決了前后兩個滑動軸承座的對中問題，因此也可采用純燒結α級碳化硅材質。如果使用情況良好，純燒結α級碳化硅滑動軸承的壽命可達三年以上。
（2）屏蔽套
     屏蔽泵通常有兩個屏蔽套，即定子屏蔽套和轉子屏蔽套。用來防止工作介質浸入定子繞組和轉子鐵芯，其厚度一般為0.4～0.7mm。由于屏蔽套的存在，使電動機定子和轉子之間的間隙加大，造成屏蔽電動機的性能下降，同時在屏蔽套中還會產生渦流，增加了功率損耗。
對于屏蔽泵，其屏蔽套應選用耐腐蝕性好、強度高的非導磁材料，定子屏蔽套優先選用哈氏合金。轉子屏蔽套一般選用哈氏合金或奧氏體不銹鋼。
（3） 屏蔽泵的類型
     根據被輸送液體的溫度、壓力、有否顆粒和粘度高低等不同要求，屏蔽泵一般可分為基本型(標準型)、逆循環型、高溫型、高融點型、高壓型、自吸型、液下型、泥漿型、高壓管路型，以及專為船舶、核電站和吸收制冷裝置用的各種類型屏蔽泵。
2．泵保護系統
     為提高使用壽命和運轉的安全性，屏蔽泵通常都設有下列保護裝置。
（1）軸承磨損監測器
     軸承磨損監測器有機械式、電氣式、機械電氣式等型式。當屏蔽泵運轉時，可以通過軸承磨損監測器隨時監視軸承的運轉情況，當軸承磨損較大時就要停車檢修或更換軸承，在運轉時若發生軸承損壞則立即停車。
（2）電流保護器
     屏蔽泵在無液情況下空運轉時，會造成軸承損壞。當流量大幅度下降時，電流也會大大降低，此時電流保護器可自動動作而停車。同樣，在負載過大時，電流增加較多，電流保護器也會動作，自動切斷電流，使電機停止運轉，防止事故發生。
     除以上兩種保護裝置外，如果需要，屏蔽泵還可配熱交換能力監測器、液面監測器或在電動機內部裝有內壓保護器等，以滿足不同用途屏蔽泵安全保護的需要。
三、磁力泵和屏蔽泵特性比較
四、選用無密封離心泵時應注意的問題
1. 無密封離心泵標準的選用
1）國外無密封離心泵標準
     由于屏蔽泵和磁力驅動泵都是無密封離心泵，在結構和制造方面有很多相似之處，國外在制定標準時把這兩種泵結合在一起考慮。國外常用的無密封離心泵標準如下：
標準號 標準名
API STD 685-2000 Sealless Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical, And Gas Industry Services
ASME/ANSI B73.3M-1997 Specification For Sealless Horizontal End Suction Centrifugal Pumps For Chemical Process
ISO 15783－2003 Seal-less Rotodynamic Pumps – Class II
2）國內無密封離心泵標準
       我國也有一些針對小型磁力驅動離心泵方面的行業標準，但均屬產品標準，對無密封泵選用的意義不大。因此2004年國家發展改革委發文同意中國石化集團編制 石化行業無密封離心泵標準。該石化行業SH標準《石油化工無密封離心泵工程技術規定》由中國石化集團公司機械技術中心站組織，中國石化集團上海工程有限公 司主編，中國石化工程建設公司、洛陽石化工程公司、寧波工程有限公司，以及上海日機裝屏蔽泵有限公司、漢勝工業設備（上海）有限公司、杭州大路實業有限公 司、大連海密梯克密封泵有限公司參編。
該標準引用了API Std 685-2000的一些條款，并結合中國石油化工行業的特點編制而成。該標準一并考慮了中、輕負荷無密封離心泵，以及重載荷無密封離心泵，已于2005年8 月通過審查，預計2006年上半年實施。
2． 標準選用
     選用屏蔽泵時還應注意的其他問題
（1） 對于滑動軸承為石墨材質的屏蔽泵，應設軸承磨損監測儀表。監測儀表的具體形式（機械式、電氣式、機械電氣式等）由買賣雙方共同商定。
（2） 屏蔽泵使用時，應定期檢查電流，軸承磨損情況，是否滲漏運行，是否平穩，振動和噪聲是否正常等。
（3）  買方應留意屏蔽泵的排氣問題。重載荷屏蔽泵最好應為自排氣型；中、輕載荷屏蔽泵也宜為自排氣型，如果賣方       有經驗，經買方同意，才允許采用手動排氣型。對于手動排氣型無密封離心泵，賣方必須在泵的醒目之處懸掛“警示”標簽，以提醒買方在開車前及維修前后手動排 氣。
在無密封離心泵范疇內，選用磁力泵，還是屏蔽泵
在無密封離心泵范疇內，究竟是選用磁力泵，還是屏蔽泵，根據它們的特性比較（詳見表1），給出以下建議，供參考。
1) 要求占地面積盡可能小時，可考慮選用屏蔽泵；
2) 對泵效率要求較高時，屏蔽泵有一定的優勢；
3) 對噪聲和振動要求苛刻時，屏蔽泵有一定的優勢；
4) 安全性要求很高時，可考慮選用屏蔽泵，或帶第二層保護的磁力泵；
5) 對安全性要求特別高時，應考慮選用屏蔽泵；
6) 要求泵和機械密封泵能夠互換時，可考慮選用磁力泵；
7) 輸送強腐蝕介質，且必須用非金屬材料作為過流部件時，可選用磁力泵；
8) 大功率，或輸送高溫介質，且現場無冷卻水時，可考慮選用磁力泵；當兩者皆可以使用時，應根據業主的要求，以及工程公司（設計院）的習慣和經驗來確定無密封泵的類型。