多晶硅工厂屏蔽泵的故障分析及处理

史文良

摘 要：瑞能二期2013年6月18日正式投产，根据装置输送介质为易燃 腐蚀 有毒，而屏蔽泵具有无泄漏的优点，包括精馏塔塔顶回流、TCS及STC输送、急冷器喷淋、吸附柱冷凝液输送均采用屏蔽泵，共计100余台，但在投产半年多时间内相继出现多次轴承损坏，文章针对多次现象进行分析，并提出相应的解决措施。

关键词：多晶硅；屏蔽泵；故障；结构；分析；处理

中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0177-02

1 屏蔽泵的结构特点和工作原理

屏蔽泵是由屏蔽电机和泵组合在一起的密封电泵，优点是不泄漏，用于输送易燃、易爆、剧毒、易挥发的液体，非常适合多晶硅企业输送氯硅烷等介质。

屏蔽泵由泵体，定子，屏蔽套，转子（电机），前后轴承，轴套，推力盘，叶轮等组成，如图1所示。屏蔽泵把泵和驱动电机都被密封在一个输送的介质充满的容器内，泵和电机连在一起，电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上，利用屏蔽套将电机的转子和定子隔开，其动力通过定子磁场传给转子，从而带动叶轮高速旋转把液体甩出去，液体从叶轮获得压力能和速度能，在液体自叶轮抛出时，叶轮中心部分造成低压区，与吸入液面的压力形成压力差，于是液体不断被吸入，并以一定的压力排出，使液体不断被输送。

根据输送介质的压力，温度，粘度和组成成分，屏蔽泵可分为以下几种常见类型：

基本型（又分外循环，内循环），逆循环型（卧式，立式），高温分离型，自吸型，高融点型（又分外循环，内循环），泥浆密封型，气封泥浆型，多级型等多种类型。

多晶硅生产过程均采用卧式屏蔽泵，包括基本型和逆循环型的单级和多级泵。

2 屏蔽泵发生的主要故障及原因分析

2.1 屏蔽泵发生的主要故障

二期投产后的几个月里，屏蔽泵发生的主要故障是：

①轴套轴承推力板损坏严重。轴承、轴套消耗非常大。

②定、转子屏蔽套损坏。造成屏蔽套损坏的原因，首先是轴承损坏或磨损超过极限值而造成定、转子屏蔽套相擦而损坏，因此要密切注意运转中轴承的点检；其次是由于化学腐蚀造成焊缝等处产生泄漏。

③定子绕组损坏。除和普通电机一样：过载、匝间短路、对地击穿等造成定子绕组损坏的原因外，还有因定子屏蔽套损坏而导致介质侵蚀电机绕组使绕组绝缘损坏。

这些故障不仅给生产运行带来操作上的困难，更带来经济上的损失，从泵的运行控制、工艺参数、工艺流程等方面进行深入分析，统计结果显示，99%以上都是前端轴承、轴套和推力盘出现损坏，其痕迹就是“干烧”或物料中含有固体颗粒导致的碾磨。

屏蔽泵大多采用以石墨（碳化硅）为材质的滑动轴承，依靠所输送的液体介质来润滑。轴承润滑和磨损情况，对屏蔽泵的持续可靠运行十分重要。滑动轴承由径向和轴向两部分组成，其中轴向轴承运行状况的好坏和泵的轴向力的平衡关系极大，泵的结构设计和运行参数均要设法使泵的轴向力保持平衡。

2.2 造成屏蔽泵故障的原因分析

2.2.1 前端轴承、轴套、推力盘磨损，出现干磨现象

有4种情况造成：缺液、汽蚀、固体颗粒碾磨、口环磨损量过大。

①进口缺液，导致流量不足，引起叶轮不断向前移动以寻求更多的液体来补充。但是由于入口根本没有更多的液体来补充，叶轮就一直向前压住吸液，导致前端轴承端面和推力盘一直紧密接触，高速旋转带来的剧烈摩擦导致局部温度急剧升高，其轴承处极薄的液膜被瞬间汽化，导致轴承缺液干烧损坏。

②汽蚀，汽蚀的形成很复杂。

开车初期，入口液罐的液位建立的较高，液位已漫过逆循环管路的回流管口，这是逆循环型屏蔽泵所不能容忍的，导致泵转速上去后产生汽蚀现象。

排气不彻底，导致吸液带气。泵的操作工况未按照HQ曲线图进行，流量过小，电机发热导致汽蚀发生。逆循环回流管路过长，弯头过多，管路阻力大，亦或管路堵塞，导致回流量不足，导致泵内温度过高。

泵的入口压力不足，泵高速运转中液流跟不上，形成局部真空，易汽化的介质便汽化掉。

③固体颗粒进入泵体轴承摩擦副位置，引起轴承磨损损坏。固体颗粒来自三方面：系统中的杂质，开车初期有较多的杂质、系统内部置换不彻底带来的水解物、或者工艺调整中带出来的老垢通过滤网进入泵体内。

泵体自身运行过程中轴承备件上掉下的大颗粒材料进入轴承螺旋流道并卡入其中，破坏液膜强行磨损轴承轴套。

开车前或者检修后系统置换不彻底，导致水汽聚集于泵体轴承内，灌入物料后又未及时启动，水解物生成堵塞螺旋流道，破坏液膜磨损轴承整套。

④口环磨损主要是由于滑动轴承损坏，磨损的间隙超出极限值导致。口环的磨损一般都会出现叶轮端面磨损，叶轮背后的口环磨损。前端轴承、轴套、推力盘损坏后，偶尔出现后端轴承轴套和推力盘损坏，其所占比率大约在1/20。拆开后我们可以根据以下部件的磨损情况进一步分析确认：

泵体口环和叶轮口环有磨损，说明轴承内径过量磨损，需更换轴承；

叶轮前盖板与泵体有磨损，说明前轴承端面过量磨损，需更换轴承；

轴承内径磨损，轴套、推力盘磨损并颜色变黑，说明腔内气体没有排净、缺液或空转，需更换备件；

前轴承端面与推力盘表面磨损，后部轴承、推力盘无磨损，说明轴推力向前，泵处于缺液状态。检查入口过滤器是否堵塞、系统是否供液不足、泵是否发生汽蚀；

后轴承端面与推力盘表面磨损，前部轴承、推力盘无磨损，说明轴推力向后，有可能流量过大，检查是否出口阀开启过大；

定、转子屏蔽套磨损，而轴承内径尺寸没有超过极限值，说明有异物进入电机腔内，检查入口过滤器有无损坏。

2.2.2 定子绝缘值偏低，定子绕组损坏

此种情况一般为安装期间保管不当造成，只需电气拆开烘干即可。

轴承磨损超过极限值，“扫膛”后损坏屏蔽套，介质进入定子绕组，引起定子绕组损坏。

2.2.3 输送介质中含有较多的固体小颗粒

重新选型，选适合这种工况的屏蔽泵，泥浆型屏蔽泵。

3 解决故障的具体办法

概括地讲就是处理进泵前的源头，加强平时检查维保，科学选型。

3.1 解决前端轴承、轴套、推力盘磨损，出现干磨现象的

控制措施

加大清洗过滤器的频率，进口液罐增加压力等办法就可以解决。

如图2所示，自动清洗过滤器的技改流程简图说明：两台泵，一开一备，利用运行的一台出口高压本性质流体，去冲洗另一台泵的存在堵塞的过滤器，冲洗液体去现有就近的导淋液收集槽，导淋液收集槽再视具体情况定期排放至冷氢化渣浆管车。

3.2 定子绝缘值偏低，定子绕组损坏的控制措施

注意保管干燥，使用前干燥处理，定期测试绝缘值。

3.3 输送介质中含有较多的固体颗粒的控制措施

重新选型，选适合这种工况的屏蔽泵，比如泥浆型屏蔽泵

4 故障的预防措施

4.1 正确操作

屏蔽泵的操作严格按操作规程执行，注意排气，避免反转，严禁空转缺液，使其在泵的性能参数范围内运行。

4.2 加强泵的巡检

①泵有无异响，震动。

②查看电机电流是否在额定电流以下，额定电流的80%左右。

③看电机表面无明显温升（通常在介质温度以上30 ℃以内）。

④出口压力表在正常范围内，指针较稳定，波动小。

⑤TRG表指示应在规定范围内。

⑥逆循环管线温度比入口温度高5 ℃以内。

⑦冷却水：常温，0.3～0.5 MPa，水套各部位冷却均匀。

参考文献：

[1] 张辉军.屏蔽泵的故障分析和对策[J].广州化工，2006，（2）.

[2] 颜宁海.屏蔽泵的性能特点及事故案例分析[J].西部煤化工，2006，（2）.

[3] 陈岗.屏蔽泵气蚀原因的分析及对策[J].石油化工设备技术，2004，（2）.

[4] 李志慧.屏蔽泵定子屏蔽套损坏原因分析及预防措施[J].化学推进剂与高分子材料，2005，（3）.

[5] 全国化工设备技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京：化工出版社，2003.