屏蔽泵液流异常的危害与预防处理对策

甘树坤 周国良

(1. 吉林化工学院；2. 中国石油吉林石化公司)

屏蔽泵液流异常的危害与预防处理对策

甘树坤*1周国良2

(1. 吉林化工学院；2. 中国石油吉林石化公司)

介绍了屏蔽泵的结构特点和基本原理，对液流异常的危害进行了分析，采用监测报警系统对其轴承磨损情况进行监测、监控，并提出了合理有效的防范措施与预防处理对策。

屏蔽泵 循环液 液流异常 预防监测

在工业生产和生活中，泵是广泛应用的流体输送设备，随着人们环境保护和安全意识的不断提高，无论其输送的流体介质是否具有危险性，都开始要求无泄漏的工艺环境和良好的工作环境。屏蔽泵是离心泵与三相交流电动机相结合的一种新型环保型泵类[1]，由于其没有转轴密封，实现了输送介质的零泄漏，解决了流体输送过程中的跑、冒、滴、漏等环保、安全问题，因而在化工、石油、制造、航天、制冷及医药等领域得到了越来越广泛的应用[2]。笔者介绍了屏蔽泵的结构和工作原理，分析了液流异常对泵的危害，采用预防监测装置对其轴承磨损情况进行监控，并提出合理、有效的处理对策。

1 屏蔽泵的结构和工作原理

屏蔽泵属于离心泵，在结构上只有静密封没有动密封，因此在输送液体时能保证不泄漏。屏蔽泵结构如图1所示[3～5]，叶轮和电机转子固定为一体(叶轮与电机共轴)，被封装在一个密封的压力容器腔内。定子组件的内表面与转子组件的外表面装有屏蔽套进行隔离，屏蔽套为非磁性的金属薄板，为了与输送的液体完全隔离，用耐腐蚀的金属厚板在侧面与其焊接在一起。电动机转子与叶轮由电机前后的两个滑动轴承支撑，转子在输送液体中运转，所需动力由定子磁场传递。传统离心泵具有的旋转动密封装置结构在这里由静密封装置取代，能够达到安全无泄漏的目的，因此屏蔽泵亦称为无泄漏离心泵。

屏蔽泵的输送介质从泵的入口供液，并充满泵室，通过叶轮高速旋转产生的离心力的作用不断地从排出口排出，然后分成主流部分和循环液部分。主流部分由排出口直接进入压力管道，保证生产工况的需求；循环液部分则由排出口经过滤器进入循环管，依次通过RB端盖、后侧轴承、轴承与轴套之间的间隙、电机腔内(定子屏蔽套与转子屏蔽套之间)的间隙、前侧轴承与前侧轴套之间的间隙、叶轮的平衡孔和叶轮吸入口端(泵室)，完成一次循环过程，并同时实现对电机腔体和轴承装置进行冷却和润滑的目的[1]。

由屏蔽泵的工作原理可知：屏蔽泵是依靠循环液的往复循环流动对电机腔内的定子屏蔽套、转子屏蔽套、轴承和轴套进行冷却和润滑的。因此，循环液在屏蔽泵运行过程中起着非常重要的作用，主要表现为两个方面：循环液的往复流动可将电机运行过程中产生的热量带走，防止过热停车；循环液的往复流动相当于对滑动轴承提供了冷却润滑剂，防止产生干磨擦。

图1 屏蔽泵结构1——泵体；2——过滤器； 3——调整垫片； 4——轴套； 5——垫片； 6——紧定螺钉； 7、13——轴承； 8、23——推力盘； 9——销；10——接线盒； 11——RB端盖； 12、44——密封垫圈； 14——排气阀； 15——循环管； 16——活接头； 17、21、29、32、37、40——螺栓； 18、39——止动垫圈； 19、27、38——垫圈；20、28、33——弹簧垫圈； 22——轴套； 24——轴； 25——转子； 26——转子屏蔽套；30——定子屏蔽套；31——定子； 34——机架；35——底座； 36——塞子； 41——键；42——叶轮； 43——FB端盖

2 液流异常的危害

屏蔽泵在运行过程中出现的液流异常现象主要包括空转、流量不足及断液等情况，对屏蔽泵电机和轴承装置的危害极大：

a. 导致屏蔽泵电机腔内的定子屏蔽套与转子屏蔽套无法被及时冷却，使其形成过热，导致输送介质汽化，造成泵内零部件损坏、自锁停车，从而无法正常工作。

b. 导致泵内的滑动轴承因没有或缺少冷却润滑剂而产生轴承磨损，对滑动轴承装置形成严重破坏。

屏蔽泵的轴承磨损主要有两种形式：一种是轴承与轴套之间的磨损；另一种是轴承与平衡盘之间的磨损。这两种磨损形式都将对屏蔽泵的正常运行造成严重危害[4]。

屏蔽泵的轴承与轴套严重磨损将会造成轴承与轴套的间隙增大，导致屏蔽泵在运行中出现以下几种情况：

a. 产生剧烈的振动和异常的噪声；

b. 泵轴产生径向跳动，造成弯曲；

c. 由于叶轮跳动将和泵体产生摩擦、磨损和撞击，从而导致叶轮、泵体的断裂损坏；

d. 由于叶轮口环与泵体口环产生摩擦、撞击，从而造成口环磨损或泵体碎裂；

e. 定子与转子的屏蔽套金属表面产生相对摩擦、磨损，介质侵入定子和转子铁芯，从而造成主线圈受损短路，电机烧损。

轴承与平衡盘之间的磨损主要是轴承端面与平衡盘端面的磨损，从而造成轴向不平衡；同时，开车时轴向窜动间隙增大，电机的电流增大，使叶轮与泵体严重摩擦，产生强烈的振动和噪声，从而导致叶轮与泵体损坏。另外，由于磨损可能产生火花而导致爆炸，造成严重的设备事故。

3 屏蔽泵的预防监测与处理对策

屏蔽泵的预防监测装置如图2所示，该预防监测装置是根据单接线盒直接启动电气线路监控原理进行设计的，主要由信号监测THJ热元件、M.K模块和TRG表3部分组成，并且与KZB空转保护器、ZDB轴承磨损报警器相连接。屏蔽泵轴承的磨损情况可以通过该监测装置进行现场检查监视和远距离监控。屏蔽泵空转(输送介质液流异常)时，KZB空转保护器监测到电流减小，然后自动停泵；轴承磨损时，ZDB轴承磨损报警器通过现场和远距离监测、监控装置自动报警，防止空转。TRG表指针显示工作状况，指示过大时，自动监测控制系统启动报警或自动停车等装置，有效防止电机烧损等设备事故的发生。

图2 屏蔽泵的预防监测装置

屏蔽泵内介质的汽化状态监测可通过计算机远程监控系统进行监控，如欠载报警及自锁停车等。

屏蔽泵轴承磨损和运行状况可通过TRG表指针所在的3个区域(绿区、黄区和红区)进行监控、判断和处理。TRG表绿区为安全区域；黄区为提示、注意区域；红区为危险区域。屏蔽泵TRG表的初始值是预先调整好的，但由于运输、定装和实际介质状况(如温度、粘度及比重等)与水压试验时不同等原因，实际初始运行时的指示值过大，因此需要进行现场调整。屏蔽泵连续工作运转时TRG表指示状况与处理对策见表1。

表1 屏蔽泵连续工作运转时TRG表

屏蔽泵运行过程中如果出现液流异常现象，可以通过监测报警系统进行有效预防和处理。在实际生产运行过程中，要注意保持工况的工艺参数在正常状态，输送介质流量平稳，防止波动和不稳定状况的频繁发生，这是保证屏蔽泵正常平稳运行的重要条件。同时，操作人员的正确操作和对突发故障的有效处理是防范事故发生的重要因素。

4 结束语

介绍了屏蔽泵运行时液流异常现象的危害，分析研究了预防监控和工艺操作处理防范理论，通过监测报警系统对其进行监测、监控，提出合理有效的防范措施与预防处理方法，为屏蔽泵的正常、安全、稳定运行提供了借鉴和保障。

[1] 周国良，刘兴德，陈庆. 屏蔽泵在线监测与故障判断处理 [J].化工自动化及仪表，2013，40(3)：419～421.

[2] 甘树坤，周国良，孟新.屏蔽泵运行过程中断液或流量不足的危害与预防监控[J].化工自动化及仪表，2014，41(10)：1208～1210.

[3] 周国良.泵技术问答[M]. 北京：化学工业出版社，2009.

[4] GB/T 25140-2010，无轴封回转动力泵技术条件(Ⅱ类)[S]. 北京：中国标准出版社，2010.

[5] API STD 685-2000，Sealless Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services[S].New York: American Petroleum Institute,2000.

*甘树坤，男，1973年6月生，副教授。吉林省吉林市，132022。

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