金属离心泵在铜电解装置中的应用

金属离心泵在铜电解装置中的应用

秦良奇 ,于豪杰

山东恒邦冶炼股份有限公司  山东省烟台市  264100

摘要：结合国内外目前主流工况特点叙述了金属离心泵的应用，分析了金属离心泵机械密封失效的原因及改进措施。

关键词：金属离心泵 机械密封 改进措施

Application of metal centrifugal pump in copper electrolysis unit

Shandong Humon Smelting Co.,Ltd. Qin Liangqi yu Haojie

Abstract: Combined with the characteristics of the current mainstream working conditions at home and abroad, the application of metal centrifugal pump is described, and the reasons for mechanical seal failure of metal centrifugal pump are analyzed.

Key words: metal centrifugal pump mechanical seal solution

1引言

据不完全了解，国内的铜电解装置中，以普通化工流程泵为主，非金属泵为辅，材料有高分子材料、普通不锈钢材质等，密封形式主要为动力密封、填料密封及机械密封等。生产中，这些泵运转两个多月后，密封处就开始泄漏，初时这些部位有少量硫酸铜结晶，几天后就成点滴状，严重时有直线水流流出，不仅降低了泵的使有周期，而且泄漏出来的液体腐蚀泵壳，同时污染环境，造成现场环境恶烈。另外，由于泵泄漏，空气被带进泵内，造成电解液带气，气泡随电解液进入电解槽，附着在阴极板的表面，造成阴极铜长孔洞，影响电解铜质量。

2金属离心泵的应用

电解液温度一般控制在60-65℃，含有H2SO4离子160-200g/l，循环泵一开始采用的是氟塑料离心泵，密封形式采用填料密封，当温度不稳定升高时，叶轮高速旋转，加上H2SO4离子的腐蚀，叶轮外圆很快腐蚀，运行一个月后，叶轮就剩轮毂了,影响电解液的工艺参数，同时填料磨损加剧，出现渗漏。综上所述，氟塑料离心泵、填料密封是不适应这种工况的，经查阅相关资料，故决定采用金属离心泵，材质采用254SMo，254SMo是一种超级奥氏体不锈钢，由于它的高含钼量，故具有极高的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能，叶轮吸入口朝轴承处方向安置，密封形式采用付叶轮+双端面机械密封。

叶轮吸入口朝轴承处方向安置，使轴封部位处于负压工况，尽量减少密封处泄漏。

付叶轮是指同轴反方向安装一开式叶轮，主要作用是平衡轴向力，并降低密封腔压力。工作原理：泵工作时，付叶轮随泵主轴一起旋转，付叶轮中的液体也会一起旋转，转动的液体会产生一个向外的离心力，这个离心力一方面顶住流向机械密封处的液体，降低了机械密封处的压力，另一方面阻止介质中颗粒进入机械密封的摩擦副中，减少机械密封处的磨损，延长机械密封的使用寿命。下图所示是付叶轮+双端面机械密封结构。

3密封泄漏的原因

下图所示是填料密封的结构，泵高速旋转，运行一段时间后，填料密封与轴套外圆接触处出现了磨损，电解液会从磨损的缝隙处流出。

下图所示是单端面密封的结构，泵高速旋转，运行一段时间后，物料会堆集动静环端面和弹簧处，把弹簧抱死，不能做往复运动，弹簧作用失效，当动环与静环磨损加剧，出现缝隙，不能及时补偿，出现泄漏。

下图所示是付叶轮+双端面机械密封的结构。

弹簧不与介质接触，通入循环水进行润滑或干净的电解液进行润滑。靠近介质的一侧动静环材质采用碳化硅，辅助密封圈材质为全氟醚，大气侧动环材质采用碳化硅，静环为石墨，辅助密封圈材质为氟橡胶。其密封原理是靠弹性构件和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（表面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。这层液体膜具有流体的动压力和静压力，起着润滑和平衡压力的作用。机械密封一般有四个密封部位，A处为端面密封，又称主密封，B处为静环与压盖端面之间的密封，C处为动环与轴之间的密封，D处为压盖与泵壳端面之间的密封。B-D三处是静止密封，只要辅助密封圈材质选对，一般不会泄漏，A处端面相对旋转密封，大部分泄漏是从这开始的。静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成,如密封圈尺寸公差太大或本身有损伤、老化变质等。只要设计(结构和材料选择)正确,密封圈做过仔细检查及仔细安装，静密封点是可以保证质量的。

4密封泄漏的防治

   （1）使用前严格检查机械密封动静环端面是否有损伤、裂纹等现象，动静环O形圈是否老化，动环能否自由的滑动，将动环压向弹簧能自动弹回来，检查轴、轴套、密封端盖尺寸公差是否符合图纸设计要求，若有缺陷，必须更换或修复。

（2）严格装配质量。根据经验和机械密封装配图纸，调整好传动座在轴套上的位置，保证动静环端面合适的比压。安装时，在动静环端面和O形圈上涂上润滑脂，防止干摩擦损坏密封端面。决不允许用工具直接敲打密封元件，需要敲打时，必须使用专用工具进行敲打，以防密封元件损坏。

（3）选择合适的冷却液。若抽送的介质中不含有固体颗粒，可以引一股液体去冲洗密封端面，这样既能保证机封润滑，又能保证机械密封泄漏时不污染抽送的介质。也可以在泵的上方自制一个高位槽，引一股液体去冲洗密封端面。冷却液中不能含有固体颗粒，若含有固体颗粒，会粘附在动静环端面及弹簧上，引起动静环端面磨损加剧和弹簧抱死，造成密封失效。必须保证连续的冲洗，不能出现断流，若出现断流，由于高速旋转，温度瞬间升高，造成动静环端面加剧磨损，密封失效，拆卸机械密封下来，可以看到动静环端面有发黑现象，这是典型的缺失冷却液现象。

（4）加强员工培训，孰悉泵的结构及机械密封运行及装配注意事项，避免冷却液断流，引起动静环端面磨损，造成密封失效的现象。正确的装配公差、轴(轴套)有合适的表面粗糙度和正确的尺寸、仔细测量、认真记录设备安装全过程是实现过程控制的有效保证。

    5实施效果

    经采用254SMo材质金属离心泵，叶轮吸入口朝轴承处方向安置，密封装置采用付叶轮+双端面机械密封后，成功解决了铜电解装置中泵的泄漏，泵的连续运转周期从1个月延长到现在的8个月，泵部件无腐蚀，只需更换损坏的机械密封即可，降低了维修成本。

6结束语

随着工艺操作水平的提高，检维修质量的改善、备件质量保证，机械密封能达到其设计寿命，意外失效的情况会越来越少。同时，也可以对员工进行扎实的理论培训，丰富的经验积累和操作规程的准确掌握，来避免事故的发生。

   参考文献:

　　[1]胡国桢,化工密封技术[M].北京:化学工业出版社,1990。

　　[2]罗志新,石油化工釜用机械密封的失效分析与对策[J].聚氯乙烯,2000,(2)。

[3]顾永泉,机械密封实用技术[M].北京:机械工业出版社,2002。

    [4]关醒凡.现代泵理论与设计［M］.北京：宇航出版社，2011.4。