立式潛水泵為硫酸工廠(chǎng)的生產(chǎn)提供安全解決方案

　　瑞典一個(gè)卸船港口上管道的損壞促進(jìn)了一種特殊的熔融硫磺儲罐的設計。一臺17米長(cháng)的立式泵需要從罐頂放低到罐底，并避免敲擊到儲罐的底部。德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會(huì )（VDMA）的Stephan Nakel和Per Karlsson介紹了這種技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 

　　2005年6月，瑞典Helsingborg的Kemira Kemi公司的工廠(chǎng)內發(fā)生了一起事故，一段管道受損后使得地表受到強烈腐蝕，從而導致硫酸儲罐坍塌。工廠(chǎng)內充滿(mǎn)了硫酸，存放儲罐的場(chǎng)地，還有安裝在地表的臥式泵都受到了嚴重破壞。因此，經(jīng)過(guò)風(fēng)險分析，工廠(chǎng)決定開(kāi)發(fā)一種新的安全防護措施，即在卸船端為新的硫磺儲罐安裝一臺17米長(cháng)的立式泵。

　　特定的解決方案可以采用各種不同的泵。對于安裝在地表以下的硫磺儲罐/泵坑來(lái)說(shuō)，如果需要離心泵，通常都采用立式離心泵。

圖1. 安裝在卸船港口的新的硫磺儲罐

　　立式泵有著(zhù)不同的設計。一臺11米長(cháng)的立式泵自1998年以來(lái)一直保持無(wú)故障運轉。新的儲罐需要將泵安裝在儲罐頂部（圖1），其他特征包括：

　　◆ 支撐儲罐頂部的橫梁安裝在儲罐之外，以防止硫磺在儲罐內部凝固。

　　◆ 在罐頂懸掛蒸汽盤(pán)管，用以加熱硫磺。

　　◆ 罐頂裝有SO₂探測器，罐內裝有測溫儀，預防火災。

　　◆ 由控制室啟動(dòng)的蒸汽系統可以撲滅罐內的火焰。

設計

　　在設計用于處理熔融硫磺的泵時(shí)，必須將硫磺的特性考慮進(jìn)去。

　　隨著(zhù)溫度的變化，硫磺的粘度會(huì )發(fā)生異常的變化，因此只能在135-155℃的溫度范圍之內輸送硫磺。大多數用于輸送熔融硫磺的泵都帶有一個(gè)加熱套，以保持泵內所有部件的溫度恒定。硫化氫（H₂S）的存在直接影響著(zhù)溫度范圍，在這個(gè)范圍內，硫磺的粘度適合輸送。

　　通常，立式離心泵（圖2）會(huì )有一些獨特的設計特征，以確保無(wú)故障運行和維修的簡(jiǎn)便性。排出口和軸柱被制成一個(gè)完整的蒸汽受熱裝置，以達到最大的穩定性（特別是對于長(cháng)度大于2米的泵），并將熔融硫酸保持在所需溫度。另外，立式泵還應具備雙渦殼，減少徑向壓力，使得滑動(dòng)軸承磨損最小。這延長(cháng)了泵的平均故障時(shí)間間隔（MTBF）。根據應用的不同，熔融硫酸泵的材料可以選用鑄鐵、鑄鋼和不銹鋼。

圖2：立式離心泵

　　弄清所有技術(shù)細節后，泵的設計就開(kāi)始了。泵的流量設定為70m³/h（揚程：22米）。11個(gè)由硫磺潤滑的滑動(dòng)軸承用于穩定整個(gè)軸。

　　這臺17米長(cháng)的泵裝備有三個(gè)獨立的蒸汽加熱套，以保持整個(gè)系統的溫度恒定，避免出現冷凝。當泵被加熱到操作溫度時(shí)，不能低估泵的膨脹。在本案例中，泵將膨脹30mm。必須采用熱膨脹系數與此相似的材料，以避免由于不均勻的熱膨脹而導致的內部應力。

　　所有的軸柱部件和蒸汽管路都用法蘭連接在一起，而不是焊接的。這就使拆裝和維修變得方便了。泵的每段都有排水孔，在泵移出儲罐時(shí)，確保泵內完全排干，防止硫磺凝固。

　　泵的底座在操作溫度下，要能夠承受泵的整體重量。單個(gè)軸的連接要采用特殊的設計，使其能夠反轉（泵停機時(shí)，由反向液流引起的）。對于這種類(lèi)型的長(cháng)軸泵，在設計完成前和生產(chǎn)開(kāi)始前，一定要進(jìn)行有限元分析（FEA）。

　　主要的分析之一是通過(guò)模態(tài)分析，了解整個(gè)系統的動(dòng)力學(xué)性能。固有頻率可以檢測出來(lái)，不適合泵運轉的速度范圍也可以測定出來(lái)。通過(guò)FEA方法，還可以根據儲罐中的液位，計算出熱膨脹性能。圖3顯示了由27.6Hz的頻率引起的整個(gè)系統的變形。

　　除了整個(gè)泵系統的計算，泵軸的設計（例如材料、直徑）和底座也要通過(guò)計算來(lái)檢驗�；瑒�(dòng)軸承的位置必須進(jìn)行檢驗，因為它們是作為引導軸承來(lái)破壞諧波的，因此它們的徑向載荷是最小的。采用最新的軟件進(jìn)行所有必要的計算后，設計方案就可以確定下來(lái)，泵的制造也可以開(kāi)始了。

　　11段軸柱是分開(kāi)制造的。對于長(cháng)軸泵來(lái)說(shuō)，連接法蘭表面的一致性是確保整個(gè)轉動(dòng)部件處于中心位置的重要標準。每段軸柱都包括管道、凸起的鍋爐接口和支撐滑動(dòng)軸承襯套的法蘭零件。

　　軸部件是分別加工而成的，軸的誤差應該小于2/100mm。葉輪被修整為額定直徑，并根據DIN ISO 1940 T1 G6.3 或G2.5進(jìn)行校準。襯套所用的材料及溝槽的設計（例如螺旋槽或狹槽）和軸承的間隙對于硫磺潤滑的滑動(dòng)軸承的使用壽命至關(guān)重要。

圖3. 組裝好的泵放在車(chē)間內

　　這些部件制造完成后，即可將泵完全組裝好，以檢查公差和裝配精度。當泵水平放置時(shí)，是可以用手旋動(dòng)軸的（圖3）。

　　位于泵的底座之下的部件涂敷有一層防銹涂層，安裝之后可以直接與熔融的硫磺相接觸。

　　泵以單個(gè)部件形式運到現場(chǎng)，然后重新安裝。安裝之后，泵用木質(zhì)橫梁穩定住，防止其在運輸和安裝過(guò)程中出現偏差。然后泵被放在一輛平板車(chē)上，從車(chē)間運到儲罐場(chǎng)。