某磁力泵故障原因分析及选型思考

某磁力泵故障原因分析及选型思考

鲍金禄,刘斌,施浩进

关键词：氟化工、磁力泵、气蚀、选型、原因分析

前言：

磁力泵的磁力驱动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁性物质，与内磁转子耦合，带动与之相连的叶轮作同步旋转，实现动力的无接触传递，将泵轴处的动密封转化为静密封。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，从而彻底解决了“跑、冒、滴、漏”问题，消除了石油化工行业易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患。由于其无泄漏特性，随着化工生产对安全、环保的要求越来越高，目前被广泛推广应用。

一、故障情况：

我公司某氟化工项目在试生产过程中，出现一台磁力泵由于气蚀无法正常运行的情况，泵的选型表中，NPSHA为2.5m（有一定的余量），NPSHR为1.5m，实际流量、扬程等工况均与泵数据表吻合，从选型表及泵的出厂水试数据来看（见表一），泵的选型没有任何问题。该泵具体工况：

二、原因分析

2.1、介质气化潜热及比热的影响：

磁力泵的隔离套从能耗考虑理想的材质为非金属材料，但为满足承压安全性要求也大量应用非磁性金属材料，泵运行时，隔离套便处于交变磁场中，外磁缸带动内磁钢的同步旋转，相当于隔离套相对于磁场转动，因此在隔离套中产生感应电流，此感应电流在隔离套内执行闭合，像水的漩涡一样，因此称为涡流。

要精确计算涡流损失数值并非易事，根据相关文献及泵厂家的经验数据，隔离套材质为哈C时，其涡流损失约为泵轴功率的8.6%，而用于移走磁涡流热量的轴回流冷却量约为泵额定流量的3%左右。根据以上经验数据，对该泵在清水及R125这两种介质下的轴回流做如下热量衡算：

2.1.1、介质为清水时：

根据图一的清水试验数据，试验水温20℃，根据设计点扬程下降3%时，此时汽蚀余量测量值为泵的必须汽蚀余量，该泵气蚀余量测量值为1.6m，此时泵进口压力-85.45KpaG，流量36.36m3/h，扬程95.91m，泵性能曲线上该工作点效率为η=32%。

此时轴功率

磁涡流每小时热量Q=*0.086=2.5542kw.h=9195.12KJ

轴回流流量=36.36*0.003=0.11m3/h

水的比热约为4.2KJ/Kg.K，在该热负荷下，轴回流返回温度估算如下：

T=20+Q/CM=20+9195.12/4.2/0.11*1000=40℃

图一为水在不同温度下的饱和蒸气压，在-85KpaG下水的气化温度约为56℃，单纯磁涡流产生的热量未达到气化条件。

表二为水与R125在0.55MPaG下的比热及气化潜热数据对比，可见水的比热约为R125的4倍，气化潜热则达到近20倍，由此可见，由于介质物性的差异，泵的实际工况与水试验数据有较大的差距。而国内泵的制造厂家也没有条件进行这方面的试验，导致泵选型不合理，是该泵无法正常运行的原因之一。

2.2、泵结构的影响

该泵结构图如图三所示，用于冷却磁涡流发热的轴回流返回到泵的吸入口，对于R125这种易气化介质来说，该泵的结构设计不合理，有优化的空间。由于该泵扬程较高，可以考虑多级泵，轴回流返回到第二级叶轮，由于二级叶轮吸入压力远高于一级叶轮吸入压力，将极大的提高泵的必须气蚀余量。

此外，也可以考虑轴回流不返回泵进口，而是采用外循环返回至塔釜，也会有同样的效果。所以该泵的结构设计不合理，也是导致该泵无法正常运行的原因之一。

2.3、泵进口管路的影响

该泵的进口管线规格为DN80，流量34m3下流速为1.8m/s，对于易气化介质来说，该流速偏大，一般对于易气化介质应使其进口流速低于1.0m/s，进口管径取DN125较为合理。所以泵的进口管径设计不合理也是可能导致该泵无法正常运行的原因之一。

三、泵选型的思考

3.1、对于绝大多数离心泵，NPSHR达到1.2m已经基本达到泵的极限，一般来说NPSHA应大于NPSHR+0.3m，所以对于易气化介质，在设计过程中应尽可能提高装置提供的气蚀余量（NPSHA），降低操作工开泵的难度。

3.2、对于易气化介质，由于其物性与清水物性差别较大，应考虑对NPSHR进行适当修正，泵选型时与制作厂家深入交流，优化泵内部结构，并适当提高轴回流流量。

3.3、逆循环型屏蔽泵由于其轴回流返回至进口槽，不易气蚀，对于易气化介质，可以考虑选择屏蔽泵代替磁力泵。

3.4、工艺设计时，应对泵进口管径进行核算，其流速一般不高于1m/s。

3.5、泵的性能曲线是泵的核心，在选型时应尽量选择实际工况在最优工作点的泵，此外某些泵工艺上可能要求在多种工况下运行，选型时需对每种工况都进行明确，确保各种工况都未超过泵的设计范围。

四、结束语：

设备的故障原因除从设备本身进行分析外，同时要从工艺角度进行分析，查找具体的原因。同时总结经验，优化设计，从源头上避免设备故障。

参考文献：

关醒凡，《现代泵技术手册》宇航出版社

袁寿其等，《泵理论与技术》机械工业出版社