1、大型JHB型高溫濃硫酸液下泵設計實踐與應用設備?材料硫酸工業,2006(5):2629SulphuricAcidIndustry大型JHB型高溫濃硫酸液下泵設計實踐與應用(昆明嘉和泵業,云南昆明650225)摘要:介紹國內外高溫濃硫酸液下泵的支撐結構特點和JHB型泵的結構,探討泵的設計實踐,如轉速的確800kt/a硫磺制酸裝置和300700kt/a冶煉煙氣制酸裝置中,運行穩定,安全可靠,滿足了大型硫酸裝置生產需要.關鍵詞:濃硫酸;液下泵;結構;設計;應用中圖分類號:TQO51,21文獻標識碼:B文章編號:10021507(2006)o5002604近年來,隨著硫酸生產工藝技術及裝備水平的不斷提

2、高,許多大型設備逐步實現了國產化,干吸系統的重要設備高溫濃硫酸液下泵也朝著國產化,大型化方向發展.1國內外大型高溫濃硫酸液下泵支撐結構及特點國內外現有的高溫濃硫酸液下泵支撐結構有雙支承式和懸臂式2種型式,各有其特點.雙支承式結構是在泵上部設有1對角接觸軸承,泵液下部分接近葉輪處或泵軸中部設有1對軸承為滾動軸承,由隨軸一起轉動的軸套和起支別適用于液下深度較深的場合(即泵座至葉輪中心線距離大于或等于1900mm,若在接近泵軸中部位置增加中間導軸承時,泵座至葉輪中心線距離可達到3500mm以上).由于液下有起支承作結構簡單,泵的構架聯接全部采用止口配合,裝配的設計,加工精度及對材料的要求較高.懸臂式

3、結構是在泵上部設有2對存在一定間隔的導軸承(起支承作用),泵液下部分接近葉輪處設有1對導軸承(起節流襯套作用);葉輪懸臂場合(即泵座至泵葉輪中心線距離小于或等于1900mm).該結構泵的優點是起支承作用的2對導軸承遠離濃硫酸,不存在軸承的腐蝕和磨損問題.缺點是泵體積大,笨重,葉輪懸臂尺寸大,葉輪及泵體,泵蓋密封環易磨損,容易造成運行不用1根或上下2根泵軸,3點支承,裝配時需調整且軸承襯套材質一般為聚四氟乙烯,其耐磨蝕性較差,線性膨脹較大,運行周期較短.2JHB型高溫濃硫酸液下泵的結構目前,國內硫酸企業大型高溫濃硫酸液下泵的液下深度一般在27003500ram.在消化,吸收國內外高溫濃硫酸泵先進

4、經驗的基礎上,我公司采用自主開發的JSB系列合金新材料,開發了雙支承式結構的液下離心泵,單級單吸,單層殼結構見圖1.收稿13期:20060421.作者簡介:趙駿,女,昆明嘉和泵業工程師,主要從事泵的設計工作. :08713833791.趙駿等.大型JHB型高溫濃硫酸液下泵設計實踐與應用?27?軸承座出液管法蘭出液管座底座密封部件軸出液管彎管泵體葉輪螺母圖1JHB型高溫濃硫酸液下泵的結構3JHB型高溫濃硫酸液下泵的設計實踐泵轉速的確定原則是高可靠性,高效率.以云南曲靖有色基地鋅系統制酸裝置一吸塔循環酸泵為例,該泵使用條件為:流量1400rn./h,揚程30rn;輸送介質(HSO)98%濃硫酸,密

5、度為1.761g/cm.安裝條件為:插入深度(即泵座至1450r/min或980r/min.比轉速計算公式為:(1)n_-l,式中:n比轉速;n泵轉速,r/min;p流量,rn/s;一揚程,rn.當n=1450r/min時,泵的比轉速為257.5;離心泵效率標準(GB/T13007_-91),比轉速在120210時泵的效率最高,我們初步確定泵的轉速為980r/min.當Q=1400rn/h,H=30m,n=980r/min,n=174.0時,依據離心泵效率標準(GB/T13007_-91),泵的效率為75%87%,結合我公司多年生產高溫濃硫酸液下泵的設計經驗,大型泵的效率可定為84%.泵的最小

6、軸徑由公式(2)(5)計算.P:pgQH(2)1000竹式中:P軸功率,kW;p100時W(H2SO)98%硫酸密度,1761kg/m;g重力加速度,9.81m/s;Q流量,rn/s;叼泵的效率.=1.2P(3)式中:P計算功率,kW.M=9550P/n(4)式中:扭矩,N?m.13_(5)式中:dmi,i泵最小軸徑,rn;丁材料許用切應力,按A45鋼取值為510Pa.由上述計算公式計算出該泵的最小軸徑為65.5mm,考慮到大型高溫濃硫酸液下泵泵軸的結構特點及保證泵軸具有足夠的強度,泵的實際最小軸徑選取75mm;因此,預取兩軸承間軸徑為2軸的導軸承之間的最大間隔與軸徑的關系曲線,當軸徑為90m

7、m,n=1500r/rain時,導軸承的最大間隔為2375mm;當軸徑為90mm,n=1000r/rain時,最大間200mm,該泵的理論液下深度2175mm大于實際液下深度2100mm,在滿足用戶液下深度的前提下,該泵軸的強度不論選n=1450r/min還是選=980r/rain均能滿足美國石油學會標準API610第八版的要求.按照高可靠性,高效率設計原則,本泵的轉速最終定為980r/rain.葉輪水力設計的主要經驗公式如下.a.葉輪進口直徑D.?28?硫酸工業2006年第5期Dj=(6)式中:Q.泵的設計流量,113/s;一經驗系數,一般取4.04.5.b.葉輪出口直徑D:D:=:(7):

8、=(9.359_6)()(8)c.葉輪出口寬度b,bz=(9)6:=(0.640.7)(i/Zs)/(10)壓水室水力設計采用對稱雙流道設計,目的是平衡作用在葉輪上的徑向力,其它設計同一般離心泵.一般在硫酸系統中通過安裝閥門等截流裝置來控制酸的流量,但截流裝置很容易受高溫濃硫酸的沖刷腐蝕而損壞,所以一般只在開,停車時使用,泵正常工作時截流裝置全開,因此,泵的實際揚程常常低于設計揚程而偏離設計點(即大流量點).根據離心泵的QH,QP特性曲線顯示,隨著的減小,Q不斷增大;隨著Q的增大,P不設計點而增加,從而造成電機過載運行或燒毀.由于全揚程泵的功率曲線存在最大值,可有效避免因泵軸功率的無限增加而導

9、致電機過載運行或要點為:a.選擇相對小的葉片出口角,通常出口角:=15.22.,葉片數越多出口角越小;b.選擇較大的進口沖角,通常進口沖角=10.20.;c.選擇較大的葉片包角,通常葉片包角=120.180.:d.葉片數取5片或7片,即與壓水室的流道數互為質數,以免發生共振現象,葉片包角大的葉片數取5片,葉片包角小的則取7片.按上述水力設計及全揚程泵設計的要點所設計的JHB800306P,JHB1200404P,JHB1200306P,JHB1400226P,JHB1400306P,JHB1600306P等大型泵,經測試,在額定點的效率均達到80%85%,泵在使用過程中均未出現過載現象.通常情

10、況下,由介質潤滑導軸承的直徑間隙比正常油潤滑導軸承的略大.例如,對于沉淀硬化不銹鋼與鉛青銅之間的材料組配,其直徑間隙一液下泵,其直徑間隙應適當增大,如選用B12/h6或略大一點的配合,確保該間隙能對轉子起到一個徑向力彈性支承的作用,從而提高轉子的臨界轉速,降低其不平衡影響.合理選擇導軸承的長徑比是非常重要的,導承長徑比越小,液壓也越小,圓周速度將越大,因而導軸承磨損加快;反之,長徑比越大,液壓也越比太大則側漏帶走的摩擦熱就少,導軸承溫升就會加大,潤滑液的粘度也要降低,致使導軸承表面此,合理選擇長徑比對大型JHB泵的可靠運行至計,大型JHB型液下泵導軸承的設計按如下數值選取:長徑比取1.31.9

11、,轉速高取小值,反之取大值.隨著硫酸生產中新技術,新工藝的運用,循環酸溫度有時高達120甚至更高,濃硫酸溫度升高,材料腐蝕速率也隨之升高;同時,導軸承易受到酸槽中瓷質填料和耐酸磚碎塊的磨損及侵蝕.因此,導軸承設計時必須解決材料的耐腐蝕,耐磨蝕,抗熱膨脹特性等問題才能保證泵的可靠趙駿等.大型JltB型高溫濃硫酸液下泵設計實踐與應用?29?的JSBll合金作為導軸承的材料,JSBl1合金以鎳基奧氏體合金為基體經處理后布氏硬度達到450500;JSB一11合金在140的W(HS0)定,由可硬化材料制造的摩擦副耐磨表面的硬度差至少應為布氏硬度50,除非旋轉耐磨表面和選用JSBll合金作為導軸承材料完全

12、可滿足要求.4大型JHB型高溫濃硫酸液下泵的應用2002年以來,我公司的大型JHB型高溫濃硫酸液下泵已在400800kt/a硫磺制酸裝置和300700kt/a冶煉煙氣制酸裝置中得到應用.女:JHB750286P,JHB1250286P型泵應用于云南三環化工600kt/a硫磺裝置中的一吸塔;JHB1300304P型泵應用于云南富瑞化工800kt/a硫磺制酸裝置中的干吸塔;JHB1400226P型泵應用于江西銅業公司貴溪冶煉廠硫酸一系統700kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置的一吸塔和二吸塔;JHB1200404P型泵應用于浙江嘉化集團300kt/a硫磺制酸裝置干吸塔;JHB1200306P型泵應用于金J

13、I集團化工廠530kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置中的干吸塔;JHB1400306P型泵應用于云此過程中,泵的各項技術得到較大的提高及完善,完全滿足了800kt/a硫磺制酸和700kt/a冶煉煙氣制酸裝置用泵的需要.江西銅業公司貴溪冶煉廠硫酸一系統的一吸型號為CJB一78356,主要參數:Q=1140m/h,H=22m,n=980r/min,P=210kW,電壓6000V,額定電流27A,正常運行電流25A,泵座至葉的硫酸產量由最初的300kt/a增至現在的700kt/a,致使干吸塔循環酸量增大,酸溫升高,工況條件越來越惡劣,原先的循環酸泵已滿足不了生產要求.2004年9月23日,用我公司的大型JH

14、BI400226P型泵替換日本懸臂式濃硫酸液下泵,該泵按照日本懸臂式濃硫酸液下泵的外形接口尺寸制造并改型,其主要參數:Q=1400m/h,H=22m,1L=980r/min,泵座至葉輪中心線距離行電流2526A無過載現象,軸承溫升,泵振動數值均在正常范圍內,流量,泵效率均高于日本泵,運行至今未出現故障,完全滿足了700kt/a硫酸裝置生產要求.2005年12月,該廠又在二吸塔泵槽上安裝了1臺JHB1400226P型泵,目前2臺泵均運行正常.Designpracticeandapplicationoflarge-sizedJHBhigh-temperatureconcentratedsulphu

15、ricacidsubmergedpumpZhaoJun,ChenXing(KunmingJiahePumpsCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan,650225,China)Abstract:ThefeaturesofsupportstructureotdomesticandforeignhightemperatureeoncentratedsulphurieacidsubmergedpumpsandthestructureofJHBpumparedescribed.Thepumpdesignincludingdeterminationofrota.ringspeed,hydraulicdesignofimpellerandvoluteanddesignoffullliftpumpandguidebearingaredissizedJHBhightemperatureconcentratedsulphurieacidsubmergedpumpshavebeenusedin40080