强制循环蒸发器中混流泵的应用与维护

2018-05-23王凯

世界有色金属 2018年6期

王凯

（中铝中州铝业有限公司，河南焦作 454174）

1 前言

蒸发器是氧化铝生产企业中必备的重要设备之一。强制循环蒸发器大多在烧结法工艺中采用，或在拜耳法蒸发器的闪蒸器后增加强制循环效作为进一步提高母液浓度，从而达到排除生产系统中碳酸钠的作用。混流泵是强制循环蒸发器必备的关键设备。中铝中州铝业有限公司共有强制循环泵六台，其轴封均采用非平衡式机械密封，该设备由于输送的介质为高浓度的碳酸钠或氢氧化钠溶液，因此腐蚀较严重，机械密封由于腐蚀运行周期一般在6-15个月。由于该设备体积较大（流量9800m3/h，扬程2.5米，进出口直径1.4米），因此检修工作量较大。常规检修8个人需32小时，通过对设备结构的研究，针对工作量最大的进出口管道割除安装，叶轮备帽拆安，以及叶轮的拆安等影响检修工期及工作量的环节进行专项分析，本文通过分析对检修方案及顺序做了革命性调整，现在检修该设备仅需6个人16小时即可完成。

1 混流泵照片、结构及各部构成，简图如下：

图1 蒸发混流泵结构简图

如图1所示：机械密封（4）安装需从叶轮侧推到位后将轴与机械密封一同装入泵壳中。因此我们事前将轴承体（1）与前后轴承（3）、梅花联轴节（2）、机械密封（4）以及轴组成部件（轴承体总成）备用。

2 改进前检修过程

拆检过程：将进口桶节（10）从中间将筒体整体割去1000mm左右吊出，前泵盖（7）卸掉，卸掉叶轮背帽（8），再在叶轮轮毂前端部（进料管侧为前，轴承体侧为后）焊上两根拉杆做成千斤顶支架，将叶轮顶出，接着将轴承体与泵壳连接螺栓拆除，再将轴承体从泵壳中拆出。

安装过程：首先将组装好的轴承体组件与泵壳连接好，然后将叶轮从泵壳前端装入轴内，再将叶轮背帽上紧，然后将前泵盖上好，最后将割掉的进口筒节对好并将两道焊口满焊好后试漏。

3 该检修过程存在以下几个难点与问题

3.1 进口筒节割除存在的问题如下

（1）进口筒节直径为1.4米，因此无论是割去一节还是安装时对口难度，焊接工作量均较大，仅拆装进口筒节两个焊工同时不停施焊就需要至少四个小时时间。

（2）进口筒节每次检修时均需增加两道焊口，使得进口筒节极易磨损并增加许多泄漏点，使得筒节上焊缝压焊缝，经常需要进行更换，无故了增加备件及检修费用。

（3）由于进口筒节割除焊接过程管道及相邻法兰受热较大，因此经常出现检修结束后进口筒节两侧未动的法兰泄漏，造成重复性检修并且无限延长检修时间，每道法兰更换密封垫至少需要四人八小时，且因垫子较大费用较高。

（4）由于焊口较长，焊接工作量较大，因此检修结束后基本都需蒸发器内进水试漏，经反复补焊后才能交工，不但延长检修时间且耽误设备及时开启，且大量消耗焊条等辅材费用。

3.2 背帽拆除困难。

该设备叶轮背帽开始时设计为圆形，其直径达到300mm，重量较重，拆卸非常困难，最长时仅背帽拆除就用过2-3天时间，后经多次改进，将背帽改为方形，做一方形工具，用几米长的加力杆进行拆除，大大节约了拆除时间，但一般也需4-5个人1～2小时时间，且该拆除方法全靠人力进行，因此非常消耗体力。

进口筒节之所以要割去一节，也主要是为了拆卸背帽与叶轮方便所为。因此背帽拆除是该设备检修过程中的难点之一。

3.3 前泵盖拆除困难。

前泵盖直径达到1.7米，仅一圈M30的螺栓就有48条，虽然现在采用了风动扳手大大节约了拆除时间且降低了劳动强度，但仅拆除螺栓也需3个人1个小时时间。工作量仍然较大。且螺栓拆除后由于泵盖直径较大，其与泵壳配合面由于长期运行结疤结的较死，因此泵盖与泵壳分离也成为检修过程中较困难的环节之一。最长时仅泵盖拆除也出现过两个班时间。且拆除及安装时由于泵盖需嵌入泵壳内，检修时无法将泵盖吊正，因此仅在设备上部至少需设置3台手拉葫芦，且属于歪拉斜吊，还需人工将泵盖推进泵壳内方可完成，造成检修现场危险因素大大增加，且工作量较大。检修过程中就曾出现过由于人员少造成泵盖晃动伤人的情况。

3.4 叶轮拆除困难。

叶轮直径1.7米，正是因为该设备叶轮设计与泵盖直径相同，所以要想将叶轮从泵壳前端拆除，必须将前泵盖拆除，这也是前泵盖必须拆除的原因。由于叶轮直径较大，重量较重，虽然其与轴之间系锥度键连接，但由于轴与叶轮之间无法避免物料进入，因此配合面之间常被结疤结死，因此拆除困难。现在采用液压千斤顶（100t）进行拆除。（如下图2所示），先在轮毂端面对称焊上两根M40的拉杆，并须用加固连接板进行加固，以防焊接面积较小无法承受千斤顶的压力而脱开。由于位置较小，且轮毂端面较窄，使得焊接难度较大，往往仅焊接并加固两条拉杆就需近2个小时时间。拉杆焊接好后，套上制作好的背板，加上千斤顶方可将叶轮顶出。因此叶轮轮毂处设置千斤顶的过程也成为该检修过程中的难点之一。

且叶轮在安装过程中难度也较大，与前泵盖相比，叶轮安装难度更大，因为叶轮重量较前泵盖重，且叶轮安装位置在泵壳内，因此吊装难度更大，往往除设置三台手拉葫芦外，还需至少5个人靠人力将悬挂在泵壳外的叶轮推入泵壳内并将轴插入轮毂中。该过程危险系数较大，需要的人力较多，安装时间较长。因此叶轮安装也是该设备检修过程的难点之一。

而当叶轮拆除后，轴承体的拆除并不困难，用风动扳手将轴承体与泵壳连接的24条螺栓拆除后，设置两台手拉葫芦即可将轴承体从泵壳内取出，新轴承体安装与拆除相反，整个轴承体的拆装过程需5个小时左右。

4 新的检修模式建立

综上所述，整个检修过程中难点较多，危险系数较多，工作量较大。于是我们对混流泵的结构进行了分析，考虑检修模式能否进行改变，经过现场考察研究，我认为可以按下述程序进行检修。

（1）拆除轴承体与泵壳连接的24条螺栓。

（2）将进口筒节上的人孔打开，检修人员进入筒节内部，因该处直径达1.4米，因此操作空间足够。

（3）将叶轮背帽割除，虽第一次割除时较困难，但此工作为一次性工作，且割除存在的不确定因素少，只是时间问题。

经过研究准备将背帽去除后不再设置背帽，因为背帽的主要作用是叶轮安装到位后防止运行过程中叶轮从轴中脱出，或许还可起到将叶轮与轴推紧的作用（该作用在改变检修方式后不需要，后边将会阐述叶轮与轴自然压紧的方法），那么完全可以将背帽去除，待叶轮与轴完成配合后，在轴与叶轮轮毂处直接焊接挡板（如图3所示），将挡板与轴满焊，与叶轮轮毂断焊即可，拆卸时将挡板割掉即相当于将背帽拆除，可以大大减轻工作量，且减少了许多不确定因素。（如因备帽与轴配合的丝扣处进碱后形成结疤，使得备帽拆除异常困难，实际检修过程中经常会出现备帽几个小时拆不掉的现象，最后没办法只有将备帽割除，浪费备件且造成检修时间无法确定）

（4）拆除叶轮的问题，此处是检修方式改变的重点之处（如图4所示），过去是拆叶轮，改造后将叶轮与前泵盖7之间30mm的缝隙中用30mm的小块钢板填入后，将前泵盖、小块钢板及叶轮焊接到一起，此处在叶轮外圆的直径方向对称焊5处。目的就是将叶轮与前泵盖连接到一起。

（5）接下来就是将轴承体与泵壳之间的24条连接螺栓拆除。

（6）然后还是用过去拆卸叶轮的方法将轴承体组件从泵壳中顶出。此处我们进行了一些改进，方法如下图5所示：首先我们制作与轮毂端部相配合的异形法兰，厚度为40mm，将其与轮毂端部焊接牢固，此法兰可永久留在泵壳内无需拆除，因此为下次检修提供了方便。其余操作与上述3.4叶轮拆除方法一致，但是由于有了与轮毂焊接为一体的法兰存在，千斤顶支架所需的拉杆只需用螺丝将其与法兰连接即可，改变了过去拉杆与轮毂之间需焊接，且经常焊接不牢固的问题。因为此时叶轮已与泵盖焊接为整体，因此用千斤顶顶住轴即可将轴承体总成从叶轮轮毂中顶出，此时只需在泵壳外边将轴承体总成用葫芦拉住，并可在外部同时用葫芦将轴承体总成向外拉，减轻了千斤顶的压力。最终轴承体总成从叶轮轮毂中脱出后将其拉出泵壳即可。

（7）轴承体被顶出后，即将新轴承体装入，当轴承体与泵壳连接的24条螺栓背上螺母后，只要用风动板手将螺母上紧，由于叶轮位置已固定，只要将轴承体总成靠螺丝紧到位，则叶轮与轴之间的轴向位置自然到位。24条螺丝的轴向推力要比轴上备帽顶叶轮的推力大得多。因此改进前叶轮是否到位必须靠千斤顶的作用，且到位与否还需人为判断。

（8）按4.3讲述的方式将轴与叶轮轮毂直接用挡板连接，即相当于过去将背帽上好。

（9）最后将前泵盖与叶轮之间的小块钢板（见图4）割除即可。此时检修任务结束，因为没有割除进口筒节，只需将人孔封住即可。