李宇達(dá)

無密封離心泵運行狀態(tài)監(jiān)測方法介紹

李宇達(dá)

（中石化寧波工程有限公司， 浙江 寧波 315103）

工程中的無密封離心泵主要分為磁力泵和屏蔽泵。對其常見的監(jiān)測主要有防止干運轉(zhuǎn)的保護(hù)、泄露監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電機(jī)功率保護(hù)以及軸承監(jiān)測等。介紹了無密封離心泵的多種監(jiān)測方法，對實際應(yīng)用中如何選用提出了合理的建議。

無密封離心泵；監(jiān)測；泄露；屏蔽泵；磁力泵

在化工裝置中，輸送有毒有害、易燃易爆或強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)時，為提高裝置運行的安全可靠性，一般采用無密封離心泵來代替?zhèn)鹘y(tǒng)離心泵進(jìn)行使用。無密封離心泵主要包括磁力泵和屏蔽泵，它們的軸封只有靜密封而無動密封，因而可以在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)絕對無泄漏，從而提高安全性及減少維護(hù)費用，并優(yōu)化人員的工作環(huán)境。無密封離心泵的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在如下方面：首先結(jié)構(gòu)比較緊湊，占用空間少，安裝和拆卸比較方便，對于底座的要求不高；其次是運行穩(wěn)定性高，不會形成明顯的噪聲；第三是經(jīng)濟(jì)性較好，不需要使用潤滑油，維保成本較?。坏谒氖沁m用性較強(qiáng)，可以應(yīng)用到高溫、高壓等極端環(huán)境條件下，并能保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。正是由于具有上述優(yōu)勢，無密封離心泵廣泛應(yīng)用到了不同的行業(yè)中。

1 防干運轉(zhuǎn)監(jiān)測方法

屏蔽泵或磁力泵在啟動前必須進(jìn)行灌泵以潤滑軸承及平衡轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)的軸向力，否則將會在短時間內(nèi)嚴(yán)重?fù)p壞滑動軸承。為防止出現(xiàn)干運轉(zhuǎn)，通常采用以下三種方法：

（1）在泵的入口管線上安裝液位開關(guān)（水位開關(guān)），并做邏輯聯(lián)鎖，即只有當(dāng)泵內(nèi)充滿水且泵管路中液位達(dá)到一定的高度時方能啟動或者運轉(zhuǎn)泵。在采用此方法時需注意，在泵體與液位開關(guān)之間不能安裝隔離閥等閥門（如圖1所示）。

（2）在泵的出口管線上安裝液位開關(guān)（水位開關(guān)），并做邏輯聯(lián)鎖，即只有泵內(nèi)充滿水且泵管路中液位達(dá)到一定高度時方能啟動或者運轉(zhuǎn)泵。在采用此方法時需注意，在泵體與液位開關(guān)之間不能安裝隔離閥等閥門，出口單向閥須安裝在液位開關(guān)后（如圖1）。

LS—液位開關(guān)；ZS—限位開關(guān)

（3）在泵入口管線的隔離閥上安裝限位開關(guān),并做邏輯聯(lián)鎖, 即只有隔離閥全部打開方能啟動或運轉(zhuǎn)泵。在采用此方法時需同時達(dá)到如下條件:

1)首先，保證只有一道切斷閥處于上游介質(zhì)容器和泵之間；

2)其次，在啟動泵之后確保上游介質(zhì)容器的液位處于合適的高度。

無密封式離心泵主要選擇方法一，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下方面：首先安裝難度小，不需要較大的安裝空間；其次吸入管線壓力小，液位檢測準(zhǔn)確性高，便于觀測。在這種方式中采用了音叉液位開關(guān)。

當(dāng)有固體顆粒存在于泵送介質(zhì)中時，可能堵塞無密封式離心泵的內(nèi)循環(huán)通道，最終會導(dǎo)致其滑動軸承損壞。為應(yīng)對這種情況，可采用帶外沖洗方案的無密封離心泵，并配置相關(guān)監(jiān)測儀表。

對于上述采用外沖洗方案的磁力泵，外部沖洗液承擔(dān)了其滑動軸承的冷卻和潤滑功能。此外，應(yīng)該將流量監(jiān)測裝置設(shè)置在外沖洗管線中，同時設(shè)置啟動/停泵邏輯聯(lián)鎖，在達(dá)到外沖洗流量要求時開始運行磁力泵。具體即為圖2中所示。

LS—液位開關(guān)；ZS—限位開關(guān)；FT—流量變動器；PG—壓力表

泥漿分離型屏蔽泵主要通過特定的沖洗液（白油等）來對滑動軸承進(jìn)行處理，使其達(dá)到合適的溫度和平滑度。同時配備一臺冷卻密封罐對沖洗液進(jìn)行冷卻。在啟泵前為了保證外沖洗液完全充滿電機(jī)腔，在循環(huán)沖洗液的高點應(yīng)設(shè)置排氣口并打開排氣閥。在排氣管路上安裝液位開關(guān)并設(shè)邏輯聯(lián)鎖，只有當(dāng)檢測到液位時才能啟泵。具體即為圖3中所示。

LS—液位開關(guān)；SG—視鏡；TE—溫度探頭；PT—泄漏檢測壓力變送器

2 溫度檢測

2.1 屏蔽泵

對屏蔽泵的溫度監(jiān)測一般設(shè)置在電機(jī)定子測溫或循環(huán)液測溫。

定子測溫主要是在三相繞組中設(shè)置溫度傳感器，可以實時檢測電機(jī)繞組的溫度，如果溫度高于正常范圍則及時報警，防止溫度過大產(chǎn)生不利的影響。此外，還能夠?qū)Ψ辣阅艿臏囟冉M別進(jìn)行補充[1]。電機(jī)定子測溫元件可采用單支或雙支熱電阻（Pt100）、熱敏開關(guān)或熱敏電阻（PTC）等。

2.2 磁力泵

對磁力泵的溫度監(jiān)測一般設(shè)置為采用熱電阻（PT100）對泵的金屬隔離套外表面測溫。泵金屬隔離套的溫度與渦流損失[2]及內(nèi)循環(huán)液的溫度相關(guān)。如果一旦泵流量為零、冷卻循環(huán)液斷供或內(nèi)、外磁缸互相分離時，則會短時間內(nèi)顯著增大隔離套溫度。所以只需要對此溫度進(jìn)行檢測即可對泵運行狀態(tài)進(jìn)行判斷。研究發(fā)現(xiàn)，渦流損失的出現(xiàn)與隔離套材質(zhì)有關(guān)，如果是非金屬材質(zhì)，則不存在渦流損失，故不再對此隔離套的表面溫度進(jìn)行監(jiān)測。

3 泄露監(jiān)測

3.1 屏蔽泵

根據(jù)屏蔽泵應(yīng)用的不同工況，應(yīng)該合理設(shè)置泄露監(jiān)測，以保證其運行的安全性與穩(wěn)定性。對于易燃易爆等存在危險性的工況，則應(yīng)該設(shè)置完善的泄露監(jiān)測，通常選擇的監(jiān)測裝置是液位儀表等，一旦監(jiān)測到屏蔽套出現(xiàn)泄露，則可以及時報警，并采取有效的措施進(jìn)行處理，避免造成更嚴(yán)重的后果。如果將屏蔽泵的定子殼體設(shè)置為承壓結(jié)構(gòu)，同時經(jīng)過了水壓試驗的檢驗，而屏蔽泵電纜同樣具有良好的密封性，則即便泵送介質(zhì)自屏蔽套內(nèi)向外泄出，也能保證不至泄露到外部使用環(huán)境中去。

3.2 磁力泵

對于有毒有害等危險的工況，需要為磁力泵設(shè)置泄露監(jiān)測。具體可采用下述兩個方案：

1）首先，選擇圖4中的單隔離套結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)還需要配置磁力聯(lián)軸器殼體，并在其內(nèi)部設(shè)置流量計等監(jiān)測裝置。

TE—測溫度探頭；LS—液位開關(guān)

一旦隔離套中有介質(zhì)泄露，則監(jiān)測裝置會自動檢測和報警。此外，為了降低介質(zhì)的泄露，可以將機(jī)械密封設(shè)置在驅(qū)動軸與磁力聯(lián)軸器箱體之間，其中磁力聯(lián)軸器箱體需要達(dá)到一定的要求，在設(shè)計壓力上需要保持與泵殼體的一致性，結(jié)構(gòu)上以承壓結(jié)構(gòu)為主，并且要求進(jìn)行水壓試驗進(jìn)行檢驗。

2）其次，選擇中的雙層隔離套，并配置壓力儀表進(jìn)行監(jiān)測，這種結(jié)構(gòu)的密閉性較強(qiáng)，但是當(dāng)前僅有只有少數(shù)泵廠家有此泵型。一旦內(nèi)層隔離套出現(xiàn)泄露，則可以通過監(jiān)測裝置進(jìn)行報警。

4 泵軸承磨損監(jiān)測

4.1 屏蔽泵

現(xiàn)階段對屏蔽泵的軸承磨損監(jiān)測技術(shù)已比較成熟，方法也比較多。如果屏蔽泵配置了石墨軸承，則應(yīng)根據(jù)實際情況對徑向軸承的磨損進(jìn)行監(jiān)測。如果泵的使用場合比較關(guān)鍵且驅(qū)動電機(jī)功率較大，應(yīng)與用戶溝通及廠家技術(shù)交流，以確定是否對軸承的徑向以及軸向磨損進(jìn)行監(jiān)測，如果確定要對此進(jìn)行配置，應(yīng)采用可遠(yuǎn)傳的變送器監(jiān)測儀表。需要注意的是，如果屏蔽泵采用變頻電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，搭配使用的變頻器會對軸承磨損監(jiān)測儀表產(chǎn)生干擾，這種情況在實際應(yīng)用中通過與廠家和用戶進(jìn)行溝通，一般采用下述4種方法解決：

1）變頻器基于單點接地，一般要求線的長度較短，直徑較大。

2）采取一定的隔離措施，將電源濾波器等裝置設(shè)置在傳感器電源中。

3）選擇雙腳屏蔽線作為信號線，屏蔽層的接地需要通過電纜夾實現(xiàn)。

4）采用濾波裝置或者電抗器等消除變頻器形成的諧波，常用的方法是將電抗器連接到輸入電路中。

4.2 磁力泵

盡管對于磁力泵的研究較多，并出現(xiàn)了多種類型的產(chǎn)品，但是在軸承監(jiān)測上的研究仍然不夠成熟，截止本文發(fā)表時還處于探索階段，缺乏統(tǒng)一的方法來監(jiān)測軸承磨損，并提高軸承的質(zhì)量。目前在石化行業(yè)還沒有實際的應(yīng)用業(yè)績，故只能采取提高軸承材質(zhì)的途徑來減少磨損，延長使用壽命，如采用碳化硅材質(zhì)的軸承。

碳化硅材質(zhì)的滑動軸承，其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均較高，且具有極強(qiáng)的耐小粒子沖擊性能，耐酸堿腐蝕性能，耐磨損性能以及優(yōu)良的耐熱性能，其最高使用溫度可達(dá)500 ℃以上。碳化硅滑動軸承的機(jī)械使用壽命一般可達(dá)25 000 h以上。在采用碳化硅軸承時應(yīng)注意，為了防止游離態(tài)的硅離子（Si4-）進(jìn)入介質(zhì)，在化工領(lǐng)域一般要求采用無壓燒結(jié)的碳化硅。

5 泵功率保護(hù)

對泵的功率監(jiān)測主要是出于保護(hù)電機(jī)的目的，對電機(jī)進(jìn)行欠載保護(hù)和過載保護(hù)。每種型號的離心泵在出廠時都有一個性能曲線，性能曲線上各有一個最小流量點和最大流量點，這兩點之間即為泵的允許工作范圍。電機(jī)所消耗的功率與泵在這一時刻的流量成正比，當(dāng)泵超出允許工作范圍，即泵運行時的流量過大或過小時，電機(jī)也會出現(xiàn)過載或欠載，從而對電機(jī)造成損壞。在選型時，如果若向廠家提供的揚程比實際使用時的揚程大，使揚程富余太多，使得泵的工況點右移，運行流量增大，超過運行工作范圍，使得電機(jī)的負(fù)荷過大，造成電機(jī)運行時的電流過大，電機(jī)容易過載而發(fā)熱，嚴(yán)重時可燒毀電機(jī)。反之亦然。

功率監(jiān)測可以針對上述情況進(jìn)行報警或者聯(lián)鎖停機(jī)。

6 結(jié) 論

無密封離心泵需要配置防干運轉(zhuǎn)的監(jiān)測，同時監(jiān)測裝置需要設(shè)置在合適的位置。

1）考慮到安全防爆的要求，定子測溫等需要應(yīng)用到防爆型屏蔽泵中。不同類型的磁力泵應(yīng)該選擇不同的溫度監(jiān)測方式，對于金屬磁力泵，采用隔離套表面溫度監(jiān)測方式具有一定的優(yōu)勢，有助于監(jiān)控泵的運行狀況。

2）在有毒有害或易燃易爆介質(zhì)工況下使用時，無密封離心泵應(yīng)配備泄露監(jiān)測。針對屏蔽泵的工況，應(yīng)將定子腔設(shè)計為耐壓結(jié)構(gòu)，并應(yīng)保證其密封性；對于磁力泵，應(yīng)優(yōu)先選擇采用雙隔離套結(jié)構(gòu)。若泵型選擇為單隔離套型式，應(yīng)將磁力聯(lián)軸器腔體設(shè)計為耐壓結(jié)構(gòu)，并確保其密封性能滿足要求。

3）為了對工頻電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)配置功率保護(hù)，以避免電機(jī)欠載或過載。

［1］程國權(quán)，盧冰. 屏蔽泵監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 化工設(shè)備與管道，2009（增刊）: 46-48.

［2］李云鶴.石化用屏蔽泵使用探討[J].中國設(shè)備工程，2010（7）: 55-58.

Introduction of the Monitoring Method of Running State of Sealless Centrifugal Pumps

（Sinopec Ningbo Engineering Company, Ningbo Zhejiang 315103, China）

The unsealed centrifugal pump in engineering is mainly divided into magnetic pump and canned motor pump. The common monitoring methods include dry running protection, leakage monitoring, temperature monitoring, motor power protection and bearing monitoring. In this paper, through the introduction of various monitoring methods of sealless centrifugal pump, reasonable suggestions on how to choose and use sealless centrifugal pump in practical application were put forward.

Sealless centrifugal pumps; Monitor; Leakage; Canned motor pump; Magnetic pump

2020-08-14

李宇達(dá)（1984-），男，工程師，山東省曹縣人，2003年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，目前從事動設(shè)備選型工作。

TQ 052

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1004-0935（2020）09-1098-04