耐磨環保護和提高泵的性能

一、前言

泵在冶煉作業中有著非常重要的作用，是提煉流程的必要設備。在大型石化提煉廠，有上千臺泵在工作，以保證工廠能夠順利運轉。在冶煉作業中，通常是采用離心泵來取代原有的反向泵和回轉泵。制造技術及冶金學方面的改善，使得離心泵制造成本大幅下降；同時由于泵內的移動或轉動零件越來越少，使得維修作業變得越來越簡單。

泵運轉中出現機械問題或是效率降低，就會對整個工廠的生產造成不良影響。耐磨環可以在泵非正常操作條件下運轉時，對泵起到提供保護以及控制液體的回收循環情況。所以其性能的優化十分重要。傳統的耐磨環是以不同材料的金屬所制造，但是由于金屬材料的特性所限，影響了離心泵整體功能的進一步提升。

二、耐磨環的作用

耐磨環的作用，是將泵中轉動及靜止的零件，高壓和低壓的部分分隔開。多年來，設計人員嘗試了不同的材料來取代金屬耐磨環，以期獲得性能的改善。在美國石油協會標準(API 610)中，規定離心泵中必須使用耐磨環，并且準許使用復合材料來制造這些零件 ，耐磨環結構如圖1和圖2所示。

三、金屬耐磨環失效原因

當金屬耐磨環有所接觸時，通常會產生高溫、造成金屬焊接在一起(摩擦焊接)，并造成泵運轉不順。這種情況會大幅增加耗電量，造成設備嚴重損壞，同時可能會使得液體滲漏到大氣中，對現場的工作人員造成傷害。以下情況耐磨環可能會發生接觸。

（1）在泵剛起動，液體還沒有流過葉片之前而空轉時(尤其是垂直式泵更為嚴重)。

（2）當轉動軸變形，轉動葉片因為泵內壓力突然升高或其他異常情況而偏離轉動軸。

（3）在起動或停止期間“慢速轉動”時，因為振動而使得套管偏離轉動軸。

（4）在低壓蒸汽下、出現氣泡或在處理低密度的液體時。

（5）放射狀軸承失靈，使得耐磨環彼此接觸時。

四、金屬耐磨環之外的其他選擇

在了解使用金屬和復合材料零件的實際成本費用之后，有些生產廠商轉而使用石墨/金屬合金等替代材料。但是石墨/金屬合金制造的零件脆性太大，耐沖擊性、抗振動和抗強烈撞擊性能差。這些特性使得石墨/金屬合金零件，在運送和安裝的過程中可能會出現斷裂的情況，大幅提高更換組件的成本。

在20世紀80年代中期，DuPontTM杜邦開發出一種以氟化樹脂為基材，通過特種纖維強化的高性能材料Vespel CR-6100。CR—6100結合氟化樹脂的抗化學侵蝕及耐高溫性（使用溫度可高達288℃），以及特種纖維的強度與尺寸穩定性。
CR—6100材料已被應用在西岸純化公司、鋼材研磨、紙張研磨、化學工廠以及食品加工廠等產業使用的泵中。它取代金屬及其他復合材料，作為泵中的耐磨環、喉管軸襯和套管軸承，大幅度提升泵的效能。