脱硫浆液循环泵换型改造论文

脱硫浆液循环泵换型改造分析

论文

某公司

内容摘要：目前脱硫浆液循环泵气蚀、磨损现象严重，需要分析原因，对泵及金属材料换型改造，优化升级，以保证脱硫系统的安全稳定运行。

关键词：浆液循环泵气蚀、磨损，泵及金属材料换型改造。

1 现状介绍

某公司总装机容量为1900MW。配套的的烟气脱硫工程采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺。由中机新能源公司设计并供货，一炉一塔。每个吸收塔布置三层喷淋层(三台浆液循环泵分别供给)，四个侧进式搅拌器均匀布置在吸收塔的同一圆周上。设计在BMCR 工况2165982 Nm3／h烟气量(标态，湿基实际含氧量)、入口S02浓度在1852mg／m3(标态，干基，6％02)时，脱硫率大于95％。脱硫装置于2008年9月16日通过168h试运行，相关的运行指标均能满足合同要求。

二期工程FGD装置有3台浆液循环泵是某厂产品，型号为800TLB-J4。实际运行时间不到一年，其叶轮己磨损得相当严重，甚至连泵壳、口环也有局部的磨损。这严重影响了脱硫装置安全连续运行的可靠性。下面主要对这3台浆液循环泵进行分析处置。

2 浆液循环泵的选型及主要设计参数

FGD装置吸收塔浆液循环泵就其过流部件所采用的耐蚀耐磨技术而言，目前主要有两种方案：一种是采用铸铁外壳，内衬橡胶技术的衬胶泵；另一种是采用耐蚀耐磨合金制造泵的过流件，即合金泵。两种技术方案互有优劣，而采用合金泵，虽初投入成本较高，但泵装置运行可靠性高，使用寿命长，检修维护方便，加上从国外实施烟气脱硫的经验来看，使用合金泵的也较多，基于这些因素考虑，我公司最终确定采用3台合金泵方案。循环泵的主要设计参数见下表：

泵参数性能汇总表

3 浆液循环泵过流部件现场检查情况

3.1 机组检修期间，对浆液循环泵解体检查发现叶轮、口环、蜗壳等过流部件磨损情况非常严重，叶轮端部磨损量超过四分之一，已经影响到动平衡，继续运行的话振动值会变大，威胁设备的安全运行。

3.2 经详细检查发现：经过叶轮进口边的叶片磨损较严重，叶片出口边表面有沟槽状，痕迹方向与介质流动方向一致，前盖板进口处有成片状的尺寸较大的凹坑，部分位置有穿孔；耐磨环叶轮侧磨损严重，表面有明显沟槽状破坏痕迹，痕迹方向与介质流动方向一致，耐磨环内圆直径增大约6mm：泵壳整体完好，流道区域未见明显磨损，在易损件耐磨环附近发现有沟槽状破坏痕迹，痕迹方向与介质流动方向一致；

3.3 口环及蜗壳表面布满蜂窝状均匀小坑，回流量变大，泵效率降低，已经达不到额定

出力。

4原因分析

4.1 根据我厂吸收塔浆液循环泵的设计资料、运行数据、叶轮磨损的部位和形状等分析，认为其叶轮磨损主要是由于泵运行中存在严重的气蚀现象造成的。气蚀是指泵在运转时，若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后处)因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体流过叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，这种在泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是泵的气蚀过程。泵产生气蚀后除了会对过流部件产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。该泵设计的气蚀余量NPSI-Ir为9．5mwc偏大(泵的气蚀余量NPSHr很难用理论准确求得，均用试验确定，且主要取决于泵的结构型式)，泵的气蚀余量过大会造成泵抗气蚀性能降低。另外由于系统本身布置时，4台搅拌器均匀布置在吸收塔的同一圆周上，三台泵的吸入口就布置在两台搅拌器之间，造成各台泵吸入口之间的距离过小(只有1．5米左右)，泵的入口管径为1．2米，因此当三台泵同时运行时可能造成“抢流”现象，使泵入口压力下降，还有吸收塔内的氧化空气管和其中两台搅拌器就布置在循环泵吸入口的附近位置，存在的这些因素都加大了循环泵发生气蚀现象的可能。此外浆液循环泵入口滤网的孔径只有15mm，从历次的检修情况来看，滤网运行中容易被碎胶皮、鳞片、灰垢体等杂物堵塞。泵运行时间越长，堵塞越严重。堵塞后影响泵的流通截面，减小泵的流通量，也是造成泵产生气蚀现象的原因之一。

4.2 吸收塔内循环的浆液是固液双相流介质，浆液中的主要固体成分为石膏晶体和少量的石灰石、惰性物质等，质量浓度15～20％左右；浆液为酸性混合物，运行pH值在4．5～6．0之间，浆液中的氯离子浓度一般在20000"-60000ppm之间，因此，浆液本身的特性(酸性、存在颗粒及氯离子)会造成循环泵叶轮的磨损和腐蚀，浆液循环泵过流部件材料的耐腐蚀和耐磨损性能是决定该泵使用寿命的重要指标。

4.3泵型不符合流体力学设计，存在过流断面分布不合理，影响泵的输送效率。因为不符合流体力学设计也增加了泵体的磨损，减少泵体使用寿命。需要对泵体的水力部分重

新优化设计,提高泵送效率，减小磨损。

4.4叶轮与进口密封环配合面积过小，并且密封环是直角设计，造成此处冲刷应力非常集中，配合面局部已冲刷透，影响泵体安全运行。需要将密封环由直角改造为斜面，并且尽可能的增大密封环面积，最大程度地保护泵体，减少磨损冲刷。

5 处理方案

5．1消除泵的气蚀现象

泵发生气蚀的条件是由泵本身和其吸入装置两方面决定的，因此，防止泵发生气蚀应从泵本身和其吸入装置两方面来考虑。

5．1．1提高泵本身抗气蚀能力的措施

a．改进泵吸入口至叶轮附近的结构设计：如通过增大叶轮盖板进口段的曲率半径、适当增加叶片进口侧的宽度或减少叶片进口侧的厚度等措旆，均可以减少液流的急剧加速与压降：提高叶轮叶片的表面光洁度和流线形可减小阻力损失；设计时确保泵的平衡孔面积至少大于5倍的密封环间隙的面积，可减少泄漏液流对主液流的影响；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，可提高泵的入口压力等；，

b．采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力；

c．采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，使进口截面增加一倍，进口流速就可减少一倍；

d．设计工况采用稍大的正冲角，可增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，增大进口面积，从而减小叶片阻塞。但正冲角不宜过大，否则影响泵的效率；

e．采用抗气蚀性能好的材料。实践证明，材料的强度、硬度和韧性越高，化学稳定性越好，其抗气蚀的性能就越强。

5．1．2改变吸入装置提高抗气蚀能力的措施

理论上气蚀余量的基本关系式一般为M，SHc90SmS[NPsII】90SHa：当NPSI-Ia=NPSHr(NPSHe)时泵开始发生气蚀，NPSHaNPSI-Ir(NPSHc)时泵无气蚀(式中NPSHa表示装置气蚀余量又叫有效气蚀余量，越大越不易气蚀；NPSI-Ir表示泵气蚀余量，又叫必需的气蚀余量或泵进口动压降，越小抗气蚀性能越好；NPSHc表示临界气蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的气蚀余量；[NPSH]表示许用气蚀余量，是确定泵使用条件用的气蚀余量，通常取[NPSH]=I．1～I．SNPSHc)。

因此，要防止泵发生气蚀就必须提高NPSHa，使NPSHa>NPSHr。其主要措施有：减小泵的几何吸上高度或增加几何倒灌高度；减小泵前管路上的流动损失，即设法增加管径，或在要求范围尽量缩短管路，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等；贮液罐的情况对泵气蚀也有重要影响，如增加泵前贮液罐中液面的压力可以提高有效气蚀余量，就沙角C 电厂的实际情况，其三台循环泵的吸入管之间的距离较小，可考虑吸入管布置时在吸收塔内增加导流装置或把中间的吸入管稍作延长，以减少三台泵同时运行时可能造成的“抢流”现象而降低泵的入口压力。

5.1.3 浆液循环泵入口滤网孔径扩大。滤网孔径原设计为Φ15mm，再加上运行中孔径可能被杂物堵塞，导致流通截面偏小。滤网孔径改造Φ30mm，流通截面扩大后流量得到明显改善。

5．2泵金属材料重新选材

由于吸收塔浆液循环泵中流动的是含固量为15----20％左右的酸性介质，且含有较高的氯离子浓度，运行环境非常恶劣，所以循环泵叶轮和外壳的选材是否恰当将直接关系到其使用寿命和运行的可靠性，必须考虑到选用材料的耐腐蚀性和耐磨损性，这可通过控制不锈钢材料中的各元素成分含量来达到：如适当提高C含量，同时降低Cr含量，保持合适的铬碳比，可提高材料的硬度，使材料的耐磨性能更佳；材料中加入Ni和Cu 元素可提高其抗氯离子腐蚀的性能，且对材料铸造工艺性能有很好的改善作用；另外对材料进行热处理，可进一步消除其铸造内应力，消除晶界Cr元素和其它元素的贫化，也可提高材料的耐磨耐蚀性能。综上分析最终确定泵体材质更换为超低碳含氮双相不锈钢2605N，叶轮及密封环采用高级耐腐耐磨材料Cr30A，以适应高腐蚀、强磨损的脱硫泵运行工况。

5.3 降低泵的转速

吸收塔浆液循环泵的介质含固量较高，且存在有较大颗粒物(成分主要为石膏晶体和石灰石颗粒)，若泵的转速过大，介质对转动部分的冲击磨损必然加大，特别是叶轮根部其线速度最大，介质对该部位的冲击力最大，磨损得也最严重，这一点与我厂浆液循环泵叶轮磨损的实际情况相符。因此，本项目脱硫浆液循环泵转速定为665rpm明显偏大，参考相关工程脱硫浆液循环泵的设计数据和国外其它制造厂的经验，最终确定泵的转速设计在450～530rpm之间。

5.4 泵体更换为前泵盖形式

浆液循环泵实际运行中入口处是最容易磨损的部位，而原泵型入口处与泵体是一体设计，这样就造成入口处磨损严重的话就需要更换整个泵体，造成极大浪费。需要改造为分体式前泵盖设计，这样出现问题后更换前泵盖即可，节约物资费用。并且将前泵盖做加厚改造，增加30mm，提高设备使用寿命。如下图所示：

5.5 泵叶轮端部与进口密封环扩大面积

浆液循环泵叶轮与进口密封环原设计配合面积过小，并且密封环是直角设计，造成此处冲刷应力非常集中，配合面局部已冲刷透，影响泵体安全运行。需要将密封环由直角改造为斜面，并且尽可能的增大密封环面积，最大程度地保护泵体，减少磨损冲刷。如下图所示：

6 改造技术要求

6.1泵配的设计、生产根据最新有效的规范、标准及ICE推荐、ANSI、ASME、DIN、GB、安全规范。在所有设备方面应遵循工程设计和制造工艺的最新标准。

6.2所有材料与标准、各自的标准代号、以及成分分析数据相一致。必须提交材料特性说明书，以及采用的热处理、化学处理和机械处理的全部资料。

6.3乙方提供的所有泵配尺寸必须与现场尺寸完全符合，保证与现场管道、设备等配合严密。

6.4泵配应采用能承耐浆液腐蚀性的, 且具有优异耐磨性能和良好的强度的材料制做。叶轮及密封环采用高级耐腐耐磨材料Cr30A，泵壳及前泵盖采用为超低碳含氮双相不锈钢2605N。

6.5叶轮应进行静平衡和动平衡测试，并提供检验合格报告。

6.6 泵配选用材料的设计将完全适于输送的介质，并且至少适应高达40000 ppm的Cl-

浓度。

6.7所有材料和设备具有最好的质量。在使用期间遇到温度、压力变化情况时不会造成过度的腐蚀、变形、老化或疲劳，而且也不会产生过大应力和应变影响装置的效率和可靠性。

6.8浆液循环泵的扬程、流量满足最大工况的介质特性条件, 并有适当的裕量。泵应具有高的效率、低的能耗, 且耐腐、耐磨性能好, 运行可靠, 具有长使用寿命。泵的设计特性曲线在运行工况点的流量、扬程、效率不允许有负偏差；泵在最低允许水位运行时，应保证有良好的抗汽蚀性能。对所选择的叶轮，泵电机设计应能保证在全操作性能曲线内没有过载现象。

6.9 泵设计能承受的试验压力应为：在泵吸入口最大压力条件下是最大截流压力/最大工作压力的1.5倍；泵出口壳体铸造合金的设计承受试验压力将达到1.5倍的试验压力。

7 改造结果分析

我厂于2012年8月实施了3台浆液循环泵的技术改造，在2014年5月停机时对3台泵进行了解体检查。发现叶轮及口环等过流部件表面麻坑现象大为减少，说明气蚀问题得到了基本解决；叶轮端部及口环处局部磨损，叶轮流道及后护板轻微磨损，说明此种合金钢更能适应环境工况，金属材料选型也正确；泵入口滤网堵塞杂物较少，说明孔径扩大也更加合理；将泵壳改造为分体式前泵盖设计后，出现问题后更换前泵盖即可，节约大笔物资费用，减轻维护工作量。改造后系统压力、流量、电流等各个参数均达标，系统运行平稳。总之通过上述技改，圆满解决了现场实际问题，达到了预期目的，取得了良好的效果，得到了公司的肯定和嘉奖。