新结构氟塑料磁力泵在氯气干燥硫酸循环系统的应用

陈欣

(浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

氯碱企业一般利用高浓度硫酸的强吸水性来干燥电解槽出来的湿氯气。典型的氯气干燥工艺有串联的填料塔组流程、强化型泡沫塔流程、填料塔与泡罩塔组合流程。不论何种工艺，均采用浓硫酸(质量分数96%～98%)作为干燥剂。各级干燥塔配套的硫酸循环泵将硫酸从干燥塔底泵送至塔顶，经分布器喷淋而下，与自下而上的湿氯气逆流接触，湿氯气中的水蒸气被浓硫酸吸收。最终，氯气中的水分被控制在0.015%(质量分数)以下，吸收了水分的浓硫酸质量分数降至75%～80%后被排出系统。

1 氯气干燥系统硫酸循环泵现状

1.1 采用机械密封离心泵的缺陷

尽管浓硫酸具有强腐蚀性，但在常温状态下，当硫酸质量分数≥70%时，其与大多数金属会发生钝化反应，在金属表面生成钝化膜，阻止腐蚀的深入，故较多企业选用碳钢、高硅铸铁、不锈钢过流材质的机械密封离心泵输送浓硫酸；也有一些氯碱企业选用衬氟塑料机械密封离心泵输送浓硫酸。不管选用何种过流材质的机械密封结构离心泵(见图1)，由于机械密封本身存在微量泄漏，而摩擦副和密封垫有使用寿命，再加上氯气干燥系统中浓硫酸与碳钢、氯气反应会产生以Fe2(SO4)3为主、少量的FeCl3和水不溶物的酸泥；酸泥逐渐集聚在机械密封的弹性补偿系统上，造成弹性补偿系统失效。这些因素的叠加导致机械密封结构离心泵或多或少存在一定量泄漏；泄漏出来的硫酸会腐蚀泵原件和泵基础，造成硫酸循环泵的检修频率高。而检修过程风险较大，硫酸渗入地下还会影响地下水水质，存在较多的安全与环保隐患。因此，采用机械密封结构离心泵输送硫酸已不适应当前越来越严格的环保政策。

1—泵壳;2—叶轮;3—密封圈;4—泵盖;

1.2 常规氟塑料磁力泵存在的问题

鉴于机械密封离心泵不可回避的缺陷，少数厂家选取氟塑料磁力泵予以替代。磁力泵是磁力联轴器和泵结合为一体，利用磁力耦合传递扭矩。它主要由泵头、外磁缸(主动转子)、内磁缸(从动转子)、隔离套组成。电动机带动外磁缸旋转，由于磁力耦合作用，内磁缸同步旋转，因内磁缸与叶轮连成一体，叶轮随内磁缸同步旋转，完成抽吸物料。在内磁缸和外磁缸之间有隔离套，抽吸的物料被封闭在隔离套内，因为没有普通离心泵的轴封问题，所以磁力泵是一种无泄漏泵。常规氟塑料磁力泵结构如图2所示。

常规氟塑料磁力泵在使用过程中存在如下问题。①由于常规磁力泵结构设计缺陷，叶轮和轴在长时间使用后容易打滑。②遇高温(物料温度>75 ℃)或输送密度大的物料时，内、外磁缸容易退磁。③由于采用不锈钢材质加固套，在交变磁场中会感应出磁涡流，产生涡流损耗，降低了磁力泵的运转效率；此外，浓硫酸中含有少量酸泥，这些酸泥若不能及时排出，会堵塞磁力泵的内循环通道，导致因磁涡流产生的热量无法被带走，造成泵因高温而损坏。④大流量(>150 m3/h)磁力离心泵国内很少有厂家开发。

1—泵壳;2—隔离套;3—不锈钢加固套;4—叶轮;5—轴承;6—静环;7—动环;8—轴套;9—主轴;10—内磁缸;11—外磁缸;12—支架;13—密封圈。

总体评估，磁力泵作为一种无泄漏泵，只要针对上述问题予以改进，应该是氯气干燥系统硫酸循环泵彻底解决泄漏问题的最佳选择。

2 新结构氟塑料磁力泵的成功开发

2.1 新结构氟塑料磁力泵的结构

浙江巨化股份有限公司电化厂(以下简称“巨化电化厂”)与衢州维德新材料有限公司合作，结合多年在各种物料环境使用磁力泵的经验，从选材、结构、制造精度等方面共同探究，不断优化、改进，开发出一种新结构氟塑料磁力泵(见图3)，应用于硫酸循环系统。

1—泵壳;2—叶轮;3—轴套;4—轴承;5—中轴座;6—密封圈;7—内磁缸;8—外磁缸;9—密封垫;10—隔离套;11—加固套;12—压板;13—支架;14—连接板;15—电动机。

2.2 新结构氟塑料磁力泵的特点

使用新材料。过流部件衬里选用耐腐蚀、耐高温、高强度的PFA材料，适用工作温度-20～180 ℃，该温度满足氯碱行业对泵的要求。

采用新结构。传动组件采用陶瓷轴承副支承和限位一体化结构，取消了常规氟塑料磁力泵的动环和静环设计，避免了叶轮在泵壳中轴向窜动的不稳定因素和泵体螺栓拧紧对叶轮旋转所需要间隙的影响，即叶轮的旋转间隙和泵的装配松紧程度无关。在碳化硅轴承上开设了经特殊设计的螺旋槽，运行中可产生推动力，推动物料加速内循环，故可输送含一定量固体颗粒的物料。

提高制造精度。组装完成后，叶轮与壳体之间前后窜动间隙0.10～0.15 mm，左右晃动间隙0.05～0.08 mm，确保泵运行平稳、寿命长、噪声低、振动小。

解决了外磁缸磁泄漏问题。重新设计的外磁缸结构，使得外磁缸的磁泄漏量控制在20～30 Gs，减少了涡流损失，提升了泵的运行效率。

采用高强度碳纤维和特种树脂制成非金属加固套。该加固套具有耐压强度高，耐高温并耐一定的腐蚀。其作为隔离套的支撑层，不仅有效保证了隔离套的经久耐用，还杜绝了金属材质保护套无法回避的涡流升温和涡流损耗弊端，泵的运行效率可提升至与可比的机械密封泵基本一致，故该结构形式氟塑料磁力泵最大流量可达到500 m3/h，突破了国内氟塑料磁力泵流量的瓶颈。

3 应用效果

新结构氟塑料磁力泵在巨化电化厂氯干燥硫酸输送系统投用后，已连续运行超过1年，期间未停车检修，也无任何硫酸泄漏，彻底解决了硫酸输送泵泄漏这一难题。巨化电化厂还扩大了该泵的应用范围，在氯水循环、蒸发碱液循环等系统推广，均取得了良好效果(见表1)。

表1 新结构氟塑料磁力泵运行情况

实践证明：新结构氟塑料磁力泵的应用，在有效解决泄漏问题的同时，大幅度减少上述强腐蚀性物料输送泵的检修频率，降低了检修过程中人员的安全风险，也消除了环保隐患，提升了企业的现场环境面貌，取得了良好的社会效益和经济效益。