提高泵的效率，改善泵的性能
一、前言
泵在冶炼作业中有着非常重要的作用，是提炼流程的必要设备。在大型石化提炼厂，有上千台泵在工作，以保证工厂能够顺利运转。在冶炼作业中，通常是采用离心泵来取代原有的反向泵和回转泵。制造技术及冶金学方面的改善，使得离心泵制造成本大幅下降；同时由于泵内的移动或转动零件越来越少，使得维修作业变得越来越简单。
泵运转中出现机械问题或是效率降低，就会对整个工厂的生产造成不良影响。耐磨环可以在泵非正常操作条件下运转时，对泵起到提供保护以及控制液体的回收循环情况。所以其性能的优化十分重要。传统的耐磨环是以不同材料的金属所制造，但是由于金属材料的特性所限，影响了离心泵整体功能的进一步提升。
二、耐磨环的作用
耐磨环的作用，是将泵中转动及静止的零件，高压和低压的部分分隔开。多年来，设计人员尝试了不同的材料来取代金属耐磨环，以期获得性能的改善。在美国石油协会标准(API 610)中，规定离心泵中必须使用耐磨环，并且准许使用复合材料来制造这些零件 ，耐磨环结构如图1和图2所示。
三、金属耐磨环失效原因
当金属耐磨环有所接触时，通常会产生高温、造成金属焊接在一起(摩擦焊接)，并造成泵运转不顺。这种情况会大幅增加耗电量，造成设备严重损坏，同时可能会使得液体渗漏到大气中，对现场的工作人员造成伤害。以下情况耐磨环可能会发生接触。
（1）在泵刚起动，液体还没有流过叶片之前而空转时(尤其是垂直式泵更为严重)。
（2）当转动轴变形，转动叶片因为泵内压力突然升高或其他异常情况而偏离转动轴。
（3）在起动或停止期间“慢速转动”时，因为振动而使得套管偏离转动轴。
（4）在低压蒸汽下、出现气泡或在处理低密度的液体时。
（5）放射状轴承失灵，使得耐磨环彼此接触时。
四、金属耐磨环之外的其他选择
在了解使用金属和复合材料零件的实际成本费用之后，有些生产厂商转而使用石墨/金属合金等替代材料。但是石墨/金属合金制造的零件脆性太大，耐冲击性、抗振动和抗强烈撞击性能差。这些特性使得石墨/金属合金零件，在运送和安装的过程中可能会出现断裂的情况，大幅提高更换组件的成本。
在20世纪80年代中期，DuPontTM杜邦开发出一种以氟化树脂为基材，通过特种纤维强化的高性能材料Vespel CR-6100。CR—6100结合氟化树脂的抗化学侵蚀及耐高温性（使用温度可高达288℃），以及特种纤维的强度与尺寸稳定性。
CR—6100材料已被应用在西岸纯化公司、钢材研磨、纸张研磨、化学工厂以及食品加工厂等产业使用的泵中。它取代金属及其他复合材料，作为泵中的耐磨环、喉管轴衬和套管轴承，大幅度提升泵的效能。
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上海龙亚耐腐蚀泵制造有限公司生产的上海龙亚牌地面水池进水的自动控制 用适范围：各类直接从市政管网进水的水池（箱）。如：各类建筑的地面蓄水池的进水，地面锅炉的冷水补水，地面空调系统冷却水循环水池的补水，地面热水循环水池的补水，消防和喷淋专用地面蓄水池的进水 特点：根据水池（箱）内水位的高低自动控制电磁阀（或电动阀）的启闭，以控制水箱(池)的进水并使水池（箱）自动保持一定水量供用户使用。楼顶水箱供水的自动控制 适用范围：各类工业和民用建筑的楼顶水箱的自动供水，企事业单位的水塔自动供水，小区的水塔集中供水，空调、热水循环、锅炉的自动补水。 特点：楼顶水箱供水的自动控制可分为两种情况，没有地面蓄水池的楼顶水箱供水的自动控制和有地面蓄水池的楼顶水箱供水的自动控制。设备同时监测楼顶水箱和蓄水池（或水泵进水管道的水压）的水位情况，根据液位的高低（或水压的高低）自动启闭水泵向水箱供水，保持用户的不定时用水。1、无地面蓄水池的楼顶水箱供水自动控制 某些用户虽建有楼顶高位水箱，却因某些原因没有地面蓄水池；或没有地面蓄水池的老楼房因水压不足需要改造，可采用下面的方案，使设备直接控制安装在市政管网上的管道泵，实现水泵的自动供水，。2地面蓄水池的楼顶水箱供水自动控制此种供水方式适用于同时具备地面蓄水池和楼顶水箱的建筑供水自动控制。对地面蓄水池水位的监控可防止水泵抽空而导致电机水泵的损坏，同时还可以实现消防用水的联锁（即始终预留一部分消防用水以供消防专用）。高层建筑分区供水的自动控制· 排污泵控制柜 生活变频水泵控制柜 排污水泵控制柜适用范围：各类高层建筑生活用水分区供水自动控制，水压不够的旧楼房供水自动控制改造，高层用户水压不够的住宅楼。 特点：高层建筑中，低层用户靠自来水供应用水，高层用户依靠水泵供水，水箱体积较小，水泵流量也不需要选用很大，分层供水的方式可以减少供水设备的投资，减少能源的消耗。城市自来水厂的一次供水水压虽然不能满足高层用户的用水要求，但可以满足某些低层用户的用水压力。所以，对自来水厂的一次供水压力加以充分利用，从节约能源的角度来说具有很大的意义。高层建筑分层供水自动控制就是一种比较经济的的供水方式。其工作过程如图5所示：低层用户是自来水厂一次供水压力能达到的楼层，由自来水管网供应用水；高层用户是除低层用户之外的所有用户，由水泵二次加压供应用水。水泵的启动和停止由置于低位水箱内的电极1、2和高位水箱内的电极3、4同时监测水位的高低来控制。供热系统自动控制 适用范围：各类建筑供热系统，热水循环系统，中央空调冷却塔补水，燃油锅炉的补水，单位、机关、学校等团体的集中供热和澡堂，各类公共浴室等。 特点：自控设备可控制供热系统的水温和水位，使供应的热水水温和流量均符合用户的需要。1、热水循环系统补水自动控制 一般热水循环供热系统中热水的消耗量比较小，系统中室内部分基本是封闭的，水量的损耗主要是由于蒸发而减少的，所以系统一般在室外设置了膨胀水箱，通过保持膨胀水箱内的水位来补充整个热水循环系统内的水量。工作过程如图7所示，膨胀水箱中水位低于下限电极2时，控制设备启动电磁阀或水泵向膨胀水箱中注水，若膨胀水箱中水位到达上限电极1时，控制设备停止向水箱中供水。若膨胀水箱内的水温为常温（60℃），传感电极可用普通电极，若其温度超过常温（60℃），电极必须使用耐高温的特殊电极。2、空调冷却塔补水自动控制中央空调的冷却水的消耗也是由于冷却塔中水份的蒸发和一小部分在冷却塔风冷散热过程中飞散，消耗量也比较小，但是冷却系统中水量过少对整套空调系统的损害却比较大。而靠人工补水又不是很可靠（特别是昼夜开放的宾馆或娱乐城等），所以空调系统补水一般都采用自动控制。3、锅炉补水自动控制锅炉供热是一种用途广泛的单位或集体集中供热方式，其出水温度基本保持在100℃左右，且一般为封闭式。4、供热系统恒温自动控制一些住宅小区、单位集体宿舍、学校、医院、宾馆等集体供热系统（公共浴室、洗涑间），要求在保证用水量的情况下，同时保证用水温度恒定。供热系统的热源常用的有两种：电热加热和蒸汽加热，其中以蒸汽加热最为常见。图10为蒸汽加热的恒温供热系统。自动控制设备包括热水箱水位自动控制部分和热水箱自动恒温控制部分，热水箱水位控制部分的工作原理：当热水箱内水位低于下限水位电极2时，水泵或普通电磁阀M1自动开启向水箱内供应常温水，当热水箱内水位上升至上限电极1时，水泵或普通电磁阀关闭进水；热水箱恒温控制部分的工作原理：当热水箱内温度传感器检测的水箱内热水温度低于用户所需温度值（可由用户随时设定）时，高温蒸汽阀M2开启向水箱内加入高温蒸汽，使水箱内的水温升高，当其温度值到达用户所需温度值时，高温蒸汽阀关闭停止向水箱注入蒸汽。
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五、使用CR—6100材料耐磨环的好处
1. 降低维修费用
维修耐磨环的成本非常高，尤其是大型泵的维修，通常每年会付出高达数十万美元的维修费用，同时需要花费几个星期的时间。以美国一个炼油工厂为例，其盐水冷却系统曾经出现过一些问题。在这个系统中包含了4个并联方式配置，共享备用系统的泵。这个系统每年都因为重复进行维修(每年5到6次)，而要花费超过200 000美元的维修费用。当较大的碎片在经过进口时，会因为阻塞而带来剧烈的振动，造成耐磨环摩擦力提高。最后可能会导致叶片、泵外壳、套管、轴承、轴承衬管以及衔接器等部件的损坏。除维修费用高昂外，还有可能会对泵操作人员和维护保养人员的安全造成威胁。该公司后决定采用CR—6100材料的耐磨环及喉管轴衬。在第一部泵经过改装正常使用后，一个大的碎片卡在转动叶片中，使得泵的套管损坏。但是CR—6100耐磨环以及喉管轴衬仍然可以支撑住破损的泵套管，且可以继续使用。其中的转动叶片与外壳并未损坏。在所有的泵的耐磨静止部件被更换成CR—6100之后，每年的维护保养费用降低到4万美元，维修时间也从几个星期缩短到几天。
2.效率的提升
一个泵的运转效率，主要取决于通过耐磨环而回流的液体量大小；缩小耐磨环的间隙，可以缩小耐磨环之间让液体通过的面积。而采用金属耐磨环，需要保持较大的间隙以降低耐磨环碰触。但是较大的间隙会造成液体回流，使得泵的效率降低。同时较大的运转间隙会造成泵强力的振动，使得套管移位而造成耐磨环彼此接触。
CR-6100拥有较低的热膨胀系数(CTE)，因此使用这种材料制造的耐磨环等静止部件，在安装时就可有更小的运转间隙，详情参考下表。这样可在更低的输出功率下得到相同的流量，同时也使效率提高2%~5%。此外，这些耐磨环所造成的振动也得到了大大的降低，延长轴承和耐磨环的使用寿命。
3.空转不会造成运转不顺利
CR—6100 耐磨环可以在空转的情况下使用。在没有吸入任何液体，操作条件超出设计范围，慢速转动，或者泵刚起动的期间，不会造成泵运转不顺。相反，使用金属耐磨环的泵若遇到同样的情况，就会造成泵因高温而卡死，需要停机进行拆卸维修，以便将问题排除。
在某凝结回收作业中，离心泵在接近汽化的温度下运转，因此经常出现“蒸汽死锁”及“空转”的情况。其常见的损坏情况，包括耐磨环因高温而黏在一起、转动叶片破裂，以及扰动板偏转。此外，管路套管轴承也可能造成套管损坏且无法修复，最后导致泵下半部整个被刮伤。泵平均每年都要维修两次，更严重的是每次泵送修时，许多非常昂贵的凝结剂都会被浪费掉。工厂的维修人员将某一个泵内所有的静止磨耗零件都改为CR—6100材质，并测试其在工作运转过程中加压效能。因CR—6100材质的磨耗零件有较小的间隙，所以该泵的加压效能比新泵稍高。之后进料阀门被关闭1min的时间，并让泵持续运转，然后重新开起阀门。泵没有出现运转不顺的问题，其振动情况及温度都维持非常稳定，经过测量其效能也没有任何改变。再将进口阀门关闭60min的时间，也没有对其效能造成非常严重的影响。该泵在连续使用3年后被送回进行例行性维护保养。CR—6100材质的零件仍然可以继续使用。现在泵中的所有静止磨耗零件都采用CR—6100材料，故障率也从每年两次故障，变成在4年内完全没有故障。
六、结论
大多数离心泵的运转条件，都很容易造成其耐磨环受到损坏。但是炼油厂商可以有效避免这种情况，选择具有最佳之操作及功能特性的零件。这样，管理人员就可以提高作业的效率和安全性，同时大幅降低公司的营运成本。
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