湿法磷酸浓缩装置轴流泵技改总结

2021-12-05杨建新赵树红

肥料与健康 2021年3期

杨建新，赵树红

(云南云天化红磷化工有限公司云南开远 661699)

在湿法磷酸生产中，浓缩装置采用轴流泵强制循环的方式进行稀磷酸提浓。轴流泵多为卧式泵，其流量、扬程等性能参数的匹配性和设备运行的稳定性直接影响浓缩装置的生产负荷，降低轴流泵的故障率、提升设备性能参数是湿法磷酸浓缩装置面临的主要问题。

1 轴流泵主要设计参数

云南云天化红磷化工有限公司85.0 kt/a湿法磷酸浓缩装置于2006年9月建成投产，近年来由于轴流泵故障率高、稀磷酸杂质含量较多，导致浓缩装置生产负荷下降，2019年实际生产能力仅为80.0 kt/a。该浓缩装置采用的轴流泵为HZ760型卧式离心泵，设计流量5 500 m3/h，扬程4.2 m，采用皮带轮传动、填料密封结构形式，泵转速463 r/min；配套电动机为Y355M4-6型，功率为200 kW。

2 轴流泵故障率高的原因分析

2.1 皮带轮传动的影响

皮带轮运行时，由于带轮两边的拉力差以及相应的变形差形成弹性滑动易引起皮带打滑，导致带轮与从动轮的速度损失。弹性滑动与载荷、转速、带轮直径和皮带的结构有关，弹性滑动率通常在1%～2%。皮带轮过载时引起的打滑，使皮带的运动处于不稳定状态，效率急剧下降，磨损加剧，严重影响皮带的使用寿命。皮带在运行中会产生反复伸缩，特别是带轮上的绕曲会使皮带体内部产生摩擦引起功率损失。泵端皮带轮与电机端皮带轮的皮带张紧时，易使电机前轴承和泵端后轴承产生径向拉力，造成轴承使用寿命缩短，电机前轴承使用寿命一般为6个月，泵端后轴承使用寿命一般为3个月。

2.2 密封形式的影响

轴流泵设计采用填料密封，因填料磨损和老化引起酸外漏时，必须更换填料，且填料更换前必须将系统内介质排尽，整个过程耗时一般为5 h，按每月平均更换填料1～2次计，全年装置运转率仅为设计值的90%左右。

填料处要建立密封，需使用工艺水，与系统内介质形成压差，部分密封水不可避免地会进入系统内，导致稀磷酸浓度降低，在增加能耗的同时降低了装置出力率。查看安装在密封水进口和出口水管上的水表测定结果，进入系统内的密封水量约为1.50 m3/h。

2.3 叶轮的影响

叶轮是轴流泵传递能量的主要工作部件，由叶片、轮毂、动叶调节机构组成。轴流泵的叶片为扇形曲形面，安装过程中叶轮与短节间隙调整不当或不对称，易造成叶轮旋转一周的流量波动较大。

叶轮旋转时，水平截面上不同半径的圆周速度不等，叶顶圆周速度大，而轮毂处的圆周速度小，这不仅使叶片沿半径方向受力不均，而且流体获得的能量也不同，使流体沿叶顶到轮毂产生涡流，造成能量损失[1]。

叶片与轮毂角度增大3°后，经过一段时间的运行，发现叶片被磨损、轮毂局部有凹坑，大幅降低了轴流泵的流量和扬程，造成装置负荷下降。

3 改造措施

3.1 轴功率核算

根据HZ760型轴流泵的轴功率参数得知，该泵效率仅为68%，如果将泵效率提升至86%(设计最大值90%)，轴功率未超设计参数。根据轴功率核算结果，将电动机功率由200 kW提高至250 kW，同步完成电动机基础钢架的改造；根据叶轮与短节的安装间隙，将叶轮直径由Ф 755 mm增大至Ф 760 mm。经计算，改造后流量由5 500 m3/h提高至6 500 m3/h，浮头式石墨换热器列管介质流速由2.38 m/s提升至2.86 m/s。

3.2 优化传动方式

为消除皮带传动时带轮间产生的径向力及传递功率的损失，鉴于标准硬齿面减速机具有传动效率高、承载能力强、配比灵活、组合方便、传递平稳、安装简易等优点，将皮带传动改为减速机直接连接传动。选用的减速机型号为1C225N型，轴流泵转速由463 r/min提升至517 r/min，传递功率的损失减少，彻底消除轴承所受的径向力，有助于延长轴承的使用寿命，提高设备的运转率。

改造后，通过现场监测和统计，泵效率明显提高，主要体现在：①采用减速机传动的轴流泵故障率低，电机前轴承使用寿命由6个月延长至24个月，泵端后轴承使用寿命由3个月延长至12个月，轴套使用周期由3个月延长至1年，轴承温度由70 ℃降至45 ℃，填料使用周期由15～20 d延长至2个月；②装置稳定运行周期由18 d延长至25 d左右，年检修次数由18次减少至14次，年增加运行时间共计180 h。