陳欣

(浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004)

氯堿企業(yè)一般利用高濃度硫酸的強吸水性來干燥電解槽出來的濕氯氣。典型的氯氣干燥工藝有串聯(lián)的填料塔組流程、強化型泡沫塔流程、填料塔與泡罩塔組合流程。不論何種工藝，均采用濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%～98%)作為干燥劑。各級干燥塔配套的硫酸循環(huán)泵將硫酸從干燥塔底泵送至塔頂，經(jīng)分布器噴淋而下，與自下而上的濕氯氣逆流接觸，濕氯氣中的水蒸氣被濃硫酸吸收。最終，氯氣中的水分被控制在0.015%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下，吸收了水分的濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至75%～80%后被排出系統(tǒng)。

1 氯氣干燥系統(tǒng)硫酸循環(huán)泵現(xiàn)狀

1.1 采用機械密封離心泵的缺陷

盡管濃硫酸具有強腐蝕性，但在常溫狀態(tài)下，當(dāng)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥70%時，其與大多數(shù)金屬會發(fā)生鈍化反應(yīng)，在金屬表面生成鈍化膜，阻止腐蝕的深入，故較多企業(yè)選用碳鋼、高硅鑄鐵、不銹鋼過流材質(zhì)的機械密封離心泵輸送濃硫酸；也有一些氯堿企業(yè)選用襯氟塑料機械密封離心泵輸送濃硫酸。不管選用何種過流材質(zhì)的機械密封結(jié)構(gòu)離心泵(見圖1)，由于機械密封本身存在微量泄漏，而摩擦副和密封墊有使用壽命，再加上氯氣干燥系統(tǒng)中濃硫酸與碳鋼、氯氣反應(yīng)會產(chǎn)生以Fe2(SO4)3為主、少量的FeCl3和水不溶物的酸泥；酸泥逐漸集聚在機械密封的彈性補償系統(tǒng)上，造成彈性補償系統(tǒng)失效。這些因素的疊加導(dǎo)致機械密封結(jié)構(gòu)離心泵或多或少存在一定量泄漏；泄漏出來的硫酸會腐蝕泵原件和泵基礎(chǔ)，造成硫酸循環(huán)泵的檢修頻率高。而檢修過程風(fēng)險較大，硫酸滲入地下還會影響地下水水質(zhì)，存在較多的安全與環(huán)保隱患。因此，采用機械密封結(jié)構(gòu)離心泵輸送硫酸已不適應(yīng)當(dāng)前越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策。

1—泵殼;2—葉輪;3—密封圈;4—泵蓋;

1.2 常規(guī)氟塑料磁力泵存在的問題

鑒于機械密封離心泵不可回避的缺陷，少數(shù)廠家選取氟塑料磁力泵予以替代。磁力泵是磁力聯(lián)軸器和泵結(jié)合為一體，利用磁力耦合傳遞扭矩。它主要由泵頭、外磁缸(主動轉(zhuǎn)子)、內(nèi)磁缸(從動轉(zhuǎn)子)、隔離套組成。電動機帶動外磁缸旋轉(zhuǎn)，由于磁力耦合作用，內(nèi)磁缸同步旋轉(zhuǎn)，因內(nèi)磁缸與葉輪連成一體，葉輪隨內(nèi)磁缸同步旋轉(zhuǎn)，完成抽吸物料。在內(nèi)磁缸和外磁缸之間有隔離套，抽吸的物料被封閉在隔離套內(nèi)，因為沒有普通離心泵的軸封問題，所以磁力泵是一種無泄漏泵。常規(guī)氟塑料磁力泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

常規(guī)氟塑料磁力泵在使用過程中存在如下問題。①由于常規(guī)磁力泵結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，葉輪和軸在長時間使用后容易打滑。②遇高溫(物料溫度>75 ℃)或輸送密度大的物料時，內(nèi)、外磁缸容易退磁。③由于采用不銹鋼材質(zhì)加固套，在交變磁場中會感應(yīng)出磁渦流，產(chǎn)生渦流損耗，降低了磁力泵的運轉(zhuǎn)效率；此外，濃硫酸中含有少量酸泥，這些酸泥若不能及時排出，會堵塞磁力泵的內(nèi)循環(huán)通道，導(dǎo)致因磁渦流產(chǎn)生的熱量無法被帶走，造成泵因高溫而損壞。④大流量(>150 m3/h)磁力離心泵國內(nèi)很少有廠家開發(fā)。

1—泵殼;2—隔離套;3—不銹鋼加固套;4—葉輪;5—軸承;6—靜環(huán);7—動環(huán);8—軸套;9—主軸;10—內(nèi)磁缸;11—外磁缸;12—支架;13—密封圈。

總體評估，磁力泵作為一種無泄漏泵，只要針對上述問題予以改進(jìn)，應(yīng)該是氯氣干燥系統(tǒng)硫酸循環(huán)泵徹底解決泄漏問題的最佳選擇。

2 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的成功開發(fā)

2.1 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的結(jié)構(gòu)

浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡稱“巨化電化廠”)與衢州維德新材料有限公司合作，結(jié)合多年在各種物料環(huán)境使用磁力泵的經(jīng)驗，從選材、結(jié)構(gòu)、制造精度等方面共同探究，不斷優(yōu)化、改進(jìn)，開發(fā)出一種新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵(見圖3)，應(yīng)用于硫酸循環(huán)系統(tǒng)。

1—泵殼;2—葉輪;3—軸套;4—軸承;5—中軸座;6—密封圈;7—內(nèi)磁缸;8—外磁缸;9—密封墊;10—隔離套;11—加固套;12—壓板;13—支架;14—連接板;15—電動機。

2.2 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的特點

使用新材料。過流部件襯里選用耐腐蝕、耐高溫、高強度的PFA材料，適用工作溫度-20～180 ℃，該溫度滿足氯堿行業(yè)對泵的要求。

采用新結(jié)構(gòu)。傳動組件采用陶瓷軸承副支承和限位一體化結(jié)構(gòu)，取消了常規(guī)氟塑料磁力泵的動環(huán)和靜環(huán)設(shè)計，避免了葉輪在泵殼中軸向竄動的不穩(wěn)定因素和泵體螺栓擰緊對葉輪旋轉(zhuǎn)所需要間隙的影響，即葉輪的旋轉(zhuǎn)間隙和泵的裝配松緊程度無關(guān)。在碳化硅軸承上開設(shè)了經(jīng)特殊設(shè)計的螺旋槽，運行中可產(chǎn)生推動力，推動物料加速內(nèi)循環(huán)，故可輸送含一定量固體顆粒的物料。

提高制造精度。組裝完成后，葉輪與殼體之間前后竄動間隙0.10～0.15 mm，左右晃動間隙0.05～0.08 mm，確保泵運行平穩(wěn)、壽命長、噪聲低、振動小。

解決了外磁缸磁泄漏問題。重新設(shè)計的外磁缸結(jié)構(gòu)，使得外磁缸的磁泄漏量控制在20～30 Gs，減少了渦流損失，提升了泵的運行效率。

采用高強度碳纖維和特種樹脂制成非金屬加固套。該加固套具有耐壓強度高，耐高溫并耐一定的腐蝕。其作為隔離套的支撐層，不僅有效保證了隔離套的經(jīng)久耐用，還杜絕了金屬材質(zhì)保護(hù)套無法回避的渦流升溫和渦流損耗弊端，泵的運行效率可提升至與可比的機械密封泵基本一致，故該結(jié)構(gòu)形式氟塑料磁力泵最大流量可達(dá)到500 m3/h，突破了國內(nèi)氟塑料磁力泵流量的瓶頸。

3 應(yīng)用效果

新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵在巨化電化廠氯干燥硫酸輸送系統(tǒng)投用后，已連續(xù)運行超過1年，期間未停車檢修，也無任何硫酸泄漏，徹底解決了硫酸輸送泵泄漏這一難題。巨化電化廠還擴(kuò)大了該泵的應(yīng)用范圍，在氯水循環(huán)、蒸發(fā)堿液循環(huán)等系統(tǒng)推廣，均取得了良好效果(見表1)。

表1 新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵運行情況

實踐證明：新結(jié)構(gòu)氟塑料磁力泵的應(yīng)用，在有效解決泄漏問題的同時，大幅度減少上述強腐蝕性物料輸送泵的檢修頻率，降低了檢修過程中人員的安全風(fēng)險，也消除了環(huán)保隱患，提升了企業(yè)的現(xiàn)場環(huán)境面貌，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。