張云川，廖 鵬

（云南天安化工有限公司 磷肥制造中心，云南 安寧 650309）

云南天安化工有限公司（以下簡稱公司）磷酸裝置物料（原料，磷礦漿、w（H2SO4）98%濃硫酸；產(chǎn)品，w（P2O5）28%稀磷酸、w（P2O5）47%濃磷酸、氟硅酸、w（H2SO4）8%稀硫酸等）均為液態(tài)介質(zhì)，采用各類型化工泵進行輸送，機泵正常有效運行對整個磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況有較大影響。因此，公司對化工泵的日常維護和檢修十分重視，更將萃取軸流泵、渣漿輸送泵、料漿輸送泵等關(guān)鍵設(shè)備的長周期運行作為攻關(guān)課題進行研究，以期取得更大的經(jīng)濟效益。

基于磷酸生產(chǎn)裝置化工物料易腐蝕、易磨蝕、易結(jié)垢的特性，現(xiàn)用機泵基本選用CD4MCu、Cr30、UHMWPE 等材質(zhì)。現(xiàn)隨著磷礦品質(zhì)下降，只能在物料中添加各類化工輔劑以保證磷酸產(chǎn)品質(zhì)量，但也造成機泵過流部件腐蝕、磨蝕加劇，運行時間短，機泵故障率增加的情況。為此，亟須尋求適應(yīng)性更好的化工泵材料，以滿足生產(chǎn)使用要求。

1 新型碳纖維復(fù)合材料泵的應(yīng)用

通過廣泛的市場調(diào)研，與各化工泵制造廠家進行技術(shù)交流探討，對比各生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)情況及產(chǎn)品在磷酸行業(yè)的使用業(yè)績，結(jié)合公司實際情況，最終選定成都永益泵業(yè)股份有限公司研發(fā)的新型碳纖維復(fù)合材料泵作為試用突破點。該公司研發(fā)的新型碳纖維復(fù)合材料泵與介質(zhì)接觸部分全部為非金屬材料，但仍采用與金屬泵一樣的高效扭曲葉片，效率高出直葉片的工程塑料泵7%以上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型碳纖維復(fù)合材料泵結(jié)構(gòu)

1.1 新型碳纖維復(fù)合材料的性能

新型碳纖維復(fù)合材料采用美國ENECON 技術(shù)，將耐腐化覆、耐磨金覆與碳纖維組合在一起，具有以下特性：（1）較高的耐腐蝕性。與介質(zhì)接觸的部件完全沒有金屬材料，杜絕了金屬離子污染，同時還“免疫”99%的酸堿介質(zhì)腐蝕，耐受鹽酸、氟硅酸、氫氟酸、硝酸、磷酸、稀硫酸等腐蝕介質(zhì)。（2）較高的抗磨蝕性。耐磨硬質(zhì)相體積比≥70%，莫氏硬度為9.5，具有比高鉻耐磨合金更優(yōu)良的耐磨性能。（3） 耐高溫性。一般情況下能耐受160 ℃，介質(zhì)為w（H2SO4）55%硫酸或w（H3PO4）85%磷酸時能耐受120 ℃，且耐受溫度范圍內(nèi)不會軟化，解決了非金屬材料隨溫度升高軟化導(dǎo)致的密封泄漏和過流件腐蝕問題。

新型碳纖維復(fù)合材料的適用介質(zhì)及條件見表1。

表1 新型碳纖維復(fù)合材料適用介質(zhì)及條件

從表1可以看出，新型碳纖維復(fù)合材料可以適用于公司磷酸裝置磷酸、硫酸等介質(zhì)。選取在磷酸料漿輸送和稀硫酸輸送兩個工況進行試用。

1.2 新型碳纖維復(fù)合材料泵的應(yīng)用

1.2.1 磷酸料漿輸送泵的應(yīng)用

1） 原磷酸料漿輸送泵技術(shù)參數(shù)

一期30萬t/a磷酸裝置P0105A磷酸料漿輸送泵原設(shè)備型號LC200/410，qV=300 m3/h，H=27 m，轉(zhuǎn)速990 r/min，功率75 kW，過流部件材質(zhì)為Cr30。介質(zhì)為含磷酸料漿，溫度80 ℃，w（固）50%，相對密度1.55?，F(xiàn)場配置：垂直高度差6～8 m，輸送管線長度25 m，管徑DN200，彎頭數(shù)量4個。

2） 新型碳纖維復(fù)合材料泵的選型

所需揚程：H=Hf+Hi+Z［1］。其中，高度差Z=8.0 m；沿程損失，損失系數(shù)f=0.02，管長L=（25+4×6.4）m=50.6 m（DN200彎頭當(dāng)量管長為6.4 m），流速u=3.1 m/s（按qV=350 m3/h，管徑d=0.2 m 計算），沿程損失Hf=2.5 m。由于管路無突然管徑大小變化，管路短，法蘭密封少，局部損失很小，可忽略不計。所需揚程H=（8.0+2.5）m=10.5 m。考慮一定的出口管壓及富余量，取最終揚程H=15.0 m。

泵型號及參數(shù)：流量qV=350 m3/h，揚程H=15.0 m，轉(zhuǎn)速980 r/min，過流部件材質(zhì)為新型碳纖維復(fù)合材料，雙端面機械密封，沖洗方式為PLAN54；所選泵型為200DCS-350，配套電機利舊，型號為6P-75 kW。

3） 試用情況

原泵葉輪、泵體、泵蓋等過流部件使用壽命為3 個月，機封僅能使用1 個月。2022 年9 月裝置大修時將泵更新為新型碳纖維復(fù)合材料泵，運行至2023年4月未進行過檢修，5 月對泵進行常規(guī)檢查時發(fā)現(xiàn)，泵蓋完好，無明顯腐蝕、磨蝕現(xiàn)象。

1.2.2 稀硫酸輸送泵的應(yīng)用

1） 原稀硫酸輸送泵技術(shù)參數(shù)

一期30萬t/a磷酸裝置P0131B稀硫酸輸送泵原設(shè)備型號LC125/405，qV=250 m3/h，H=25.5 m，轉(zhuǎn)速980 r/min，功率45 kW，過流部件材質(zhì)為CD4MCu。介質(zhì)為w（H2SO4）8%～10%的稀硫酸，溫度80 ℃，w（固）20%，相對密度1.3。

2） 新型碳纖維復(fù)合材料泵的選型

泵揚程和原泵一致，流量qV=250 m3/h，揚程H=25.5 m，所選泵型為125DCS-350，配套電機功率45 kW；轉(zhuǎn)速1 450 r/min，過流部件材質(zhì)為新型碳纖維復(fù)合材料；雙端面機械密封，沖洗方式為PLAN54［2］。

3） 試用情況

原泵葉輪、泵體、泵蓋等過流部件使用壽命為2 個月，機封壽命1 個月。2022 年9 月裝置大修時將泵更新為新型碳纖維復(fù)合材料泵，2023年3月對泵進行拆檢時發(fā)現(xiàn)，葉輪完好，無明顯腐蝕、磨蝕現(xiàn)象。

1.3 新型碳纖維復(fù)合材料泵改造取得的成效

（1）備件費用：2臺泵原來每2～3個月需更換全套過流部件，每1 個月更換1 套機封，半年備件費用為87.62 萬元。2 臺泵更換為新型碳纖維復(fù)合材料泵，更新費用僅為31.20 萬元，試用半年未更換任何備件，目前不僅已收回了成本，而且節(jié)約備件費用56.42萬元。

（2）生產(chǎn)損耗：2021—2022年因磷酸料漿輸送泵故障導(dǎo)致系統(tǒng)非計劃停車8次，平均每次搶修時間2 h，按單套裝置過濾出酸130 m3/h計，因磷酸料漿輸送泵故障非計劃停車損失的磷酸產(chǎn)量約2 080 t，造成經(jīng)濟損失約43.6 萬元。而且在系統(tǒng)開停過程中，大量磷酸只能外排后再回收，造成的磷損失對生產(chǎn)影響較大。更新為新型碳纖維復(fù)合材料泵后半年未出現(xiàn)故障，減少經(jīng)濟損失約43.6萬元。

（3）人工消耗：改造前以2 臺泵半年共檢修5次計，每次檢修平均投入4名檢修工，平均每次檢修時間6 h。改造后，設(shè)備平穩(wěn)運行減少了頻繁的啟停操作及檢修，大大節(jié)約各方面的人力投入。

2 新型碳纖維復(fù)合材料泵的后續(xù)推廣

公司一/二期30萬t/a磷酸裝置磷石膏渣漿輸送泵備件使用壽命短、檢修頻率高。新型碳纖維復(fù)合材料泵在P0105A和P0131B兩個工位上試用已取得明顯效果，公司與成都永益泵業(yè)股份有限公司探討，針對磷石膏渣漿介質(zhì)研發(fā)新型碳纖維復(fù)合材料泵。

2.1 現(xiàn)有磷石膏渣漿輸送泵及介質(zhì)主要參數(shù)

設(shè)備型號300ZGB，設(shè)計流量1 400 m3/h，實際流量900 m3/h，揚程70 m，轉(zhuǎn)速980 r/min，電機功率450 kW，過流部件材質(zhì)為A33。輸送管徑500 mm，輸送距離13 000 m，管道流速1.27 m/s，垂直高度105 m，體積流量1 450 m3/h，最大1 600 m3/h，采用兩級泵串聯(lián)，出口壓力1.85 MPa，葉輪直徑為?703 mm/?740 mm。磷石膏渣漿輸送泵介質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 磷石膏渣漿輸送泵介質(zhì)參數(shù)

2.2 存在問題

（1）泵前護板、護套、葉輪等過流部件使用壽命短（1～3 個月），主要是因為隨著渣場渣壩逐漸升高，泵出口壓力也隨之升高，造成磨損加劇。

（2）因公司環(huán)保方面需要，機封使用渣場酸性回水作密封水，回水易結(jié)晶，導(dǎo)致機封彈簧失效，造成機封泄漏頻繁，平均使用壽命僅為10～25 d。

2.3 改造方案

（1）新型碳纖維復(fù)合材料泵型號為250ZJT-A73，電機功率450 kW，軸功率341.4 kW，揚程80 m，工作效率70%。

（2）渣漿輸送泵過流部件材質(zhì)由A33改為新型碳纖維復(fù)合材料，正常使用壽命達到2年以上。

（3）新型碳纖維復(fù)合材料泵與在用渣漿泵安裝一致，輸送管道一致，整泵更換方便，費用較低。

（4）所用新型碳纖維復(fù)合材料備件內(nèi)外表面粗糙度基本一致，過流面光潔，水力效率比金屬泵更高。

（5）機封采用防結(jié)晶自循環(huán)水設(shè)計，改善結(jié)晶狀況，延長使用壽命。自循環(huán)水只用于冷卻機封，不進入系統(tǒng)，單臺機封1 年的用水量小于5 m3，大大減少進入渣場的廢水量（按目前渣漿泵4 開4 備計算，機封1年的用水量為20 m3）。

3 結(jié)語

經(jīng)試用，新型碳纖維復(fù)合材料泵取得了很好的效果，不僅節(jié)約了備件消耗，節(jié)省了人力投入，而且實現(xiàn)了節(jié)能降耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。新型碳纖維復(fù)合材料泵屬資源節(jié)約型和環(huán)境友好型項目，為全裝置正常穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件，從長遠來看，具有很大的經(jīng)濟效益。