楊建新， 趙樹紅

(云南云天化紅磷化工有限公司 云南開遠 661699)

在濕法磷酸生產(chǎn)中，濃縮裝置采用軸流泵強制循環(huán)的方式進行稀磷酸提濃。軸流泵多為臥式泵，其流量、揚程等性能參數(shù)的匹配性和設備運行的穩(wěn)定性直接影響濃縮裝置的生產(chǎn)負荷，降低軸流泵的故障率、提升設備性能參數(shù)是濕法磷酸濃縮裝置面臨的主要問題。

1 軸流泵主要設計參數(shù)

云南云天化紅磷化工有限公司85.0 kt/a濕法磷酸濃縮裝置于2006年9月建成投產(chǎn)，近年來由于軸流泵故障率高、稀磷酸雜質含量較多，導致濃縮裝置生產(chǎn)負荷下降，2019年實際生產(chǎn)能力僅為80.0 kt/a。該濃縮裝置采用的軸流泵為HZ760型臥式離心泵，設計流量5 500 m3/h，揚程4.2 m，采用皮帶輪傳動、填料密封結構形式，泵轉速463 r/min；配套電動機為Y355M4-6型，功率為200 kW。

2 軸流泵故障率高的原因分析

2.1 皮帶輪傳動的影響

皮帶輪運行時，由于帶輪兩邊的拉力差以及相應的變形差形成彈性滑動易引起皮帶打滑，導致帶輪與從動輪的速度損失。彈性滑動與載荷、轉速、帶輪直徑和皮帶的結構有關，彈性滑動率通常在1%～2%。皮帶輪過載時引起的打滑，使皮帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇下降，磨損加劇，嚴重影響皮帶的使用壽命。皮帶在運行中會產(chǎn)生反復伸縮，特別是帶輪上的繞曲會使皮帶體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。泵端皮帶輪與電機端皮帶輪的皮帶張緊時，易使電機前軸承和泵端后軸承產(chǎn)生徑向拉力，造成軸承使用壽命縮短，電機前軸承使用壽命一般為6個月，泵端后軸承使用壽命一般為3個月。

2.2 密封形式的影響

軸流泵設計采用填料密封，因填料磨損和老化引起酸外漏時，必須更換填料，且填料更換前必須將系統(tǒng)內(nèi)介質排盡，整個過程耗時一般為5 h，按每月平均更換填料1～2次計，全年裝置運轉率僅為設計值的90%左右。

填料處要建立密封，需使用工藝水，與系統(tǒng)內(nèi)介質形成壓差，部分密封水不可避免地會進入系統(tǒng)內(nèi)，導致稀磷酸濃度降低，在增加能耗的同時降低了裝置出力率。查看安裝在密封水進口和出口水管上的水表測定結果，進入系統(tǒng)內(nèi)的密封水量約為1.50 m3/h。

2.3 葉輪的影響

葉輪是軸流泵傳遞能量的主要工作部件，由葉片、輪轂、動葉調(diào)節(jié)機構組成。軸流泵的葉片為扇形曲形面，安裝過程中葉輪與短節(jié)間隙調(diào)整不當或不對稱，易造成葉輪旋轉一周的流量波動較大。

葉輪旋轉時，水平截面上不同半徑的圓周速度不等，葉頂圓周速度大，而輪轂處的圓周速度小，這不僅使葉片沿半徑方向受力不均，而且流體獲得的能量也不同，使流體沿葉頂?shù)捷嗇灝a(chǎn)生渦流，造成能量損失[1]。

葉片與輪轂角度增大3°后，經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)葉片被磨損、輪轂局部有凹坑，大幅降低了軸流泵的流量和揚程，造成裝置負荷下降。

3 改造措施

3.1 軸功率核算

根據(jù)HZ760型軸流泵的軸功率參數(shù)得知，該泵效率僅為68%，如果將泵效率提升至86%(設計最大值90%)，軸功率未超設計參數(shù)。根據(jù)軸功率核算結果，將電動機功率由200 kW提高至250 kW，同步完成電動機基礎鋼架的改造；根據(jù)葉輪與短節(jié)的安裝間隙，將葉輪直徑由Ф 755 mm增大至Ф 760 mm。經(jīng)計算，改造后流量由5 500 m3/h提高至6 500 m3/h，浮頭式石墨換熱器列管介質流速由2.38 m/s提升至2.86 m/s。

3.2 優(yōu)化傳動方式

為消除皮帶傳動時帶輪間產(chǎn)生的徑向力及傳遞功率的損失，鑒于標準硬齒面減速機具有傳動效率高、承載能力強、配比靈活、組合方便、傳遞平穩(wěn)、安裝簡易等優(yōu)點，將皮帶傳動改為減速機直接連接傳動。選用的減速機型號為1C225N型，軸流泵轉速由463 r/min提升至517 r/min，傳遞功率的損失減少，徹底消除軸承所受的徑向力，有助于延長軸承的使用壽命，提高設備的運轉率。

改造后，通過現(xiàn)場監(jiān)測和統(tǒng)計，泵效率明顯提高，主要體現(xiàn)在：①采用減速機傳動的軸流泵故障率低，電機前軸承使用壽命由6個月延長至24個月，泵端后軸承使用壽命由3個月延長至12個月，軸套使用周期由3個月延長至1年，軸承溫度由70 ℃降至45 ℃，填料使用周期由15～20 d延長至2個月；②裝置穩(wěn)定運行周期由18 d延長至25 d左右，年檢修次數(shù)由18次減少至14次，年增加運行時間共計180 h。

3.3 調(diào)整密封結構形式

干氣密封是用帶壓密封氣替代高壓密封液[2]，用氣體阻塞替代傳統(tǒng)的液體阻塞，實現(xiàn)工藝介質零泄漏。

將軸流泵的密封結構由填料密封改為雙端面干氣密封，由靜環(huán)和動環(huán)組成的密封裝置固定在軸套上，比泵腔內(nèi)壓力高0.2～0.3 MPa的密封氣體進入靜環(huán)的密封腔內(nèi)[3]，密封腔內(nèi)的氣體通過軸與軸套間的間隙由排氣孔排出。

密封結構形式調(diào)整后，年密封更換費用由約25萬元降至5萬元，密封水用量由1.50 m3/h降至0.10～0.12 m3/h。

4 結語

采取上述優(yōu)化措施后，2020年濕法磷酸濃縮裝置實際生產(chǎn)能力達到98.8 kt/a，同時大幅減少了維修費用，達到了改造目的。