高温离心泵设计注意事项与案例分析

1 吉林省宇琦泵业有限公司  长春九台

2 上海电气凯士比核电泵阀有限公司  浦东临港

1）泵体、叶轮：通常采用马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢（如304、316）、双相钢（2205）、高温合金（Inconel 625）、镍硬铸铁（Ni-Hard）。对于温度不是特别高的工况，如BB5型高压锅炉给水泵，外筒体通常采用合金钢材质（如20MnMo），而内壳体使用马氏体不锈钢（如ZG15Cr13）。

2）轴：采用高强度合金钢（如42CrMo）或沉淀硬化不锈钢（17-4PH）。

3）耐磨环：碳化硅（SiC）或硬质合金（WC），以抵抗高温磨损。而对于API泵，耐磨环可以采用与泵壳体相同的材料（如304，但需进行硬面处理）。

注：如果耐磨环与壳体材料不同，应特别注意防止因热膨胀系数的差异而引起耐磨环的松动，进而影响泵的可靠运行。

2.2 热膨胀与对中设计

高温运行时，泵壳体与转子部件受热膨胀的影响，可能导致：

1）轴对中偏移 → 振动加剧。

2）轴承过载 → 早期失效。

1）泵壳体采用中心支撑（如BB5型多级泵），同时在壳体底部增加导向键、在壳体驱动端泵脚处增加定位销，以减少热变形带来的影响。

2）预留热膨胀间隙，如轴承座采用浮动设计。

3）使用高温合金轴承（如陶瓷轴承）或强制润滑系统。

案例：某电厂锅炉给水泵（温度200℃）因热膨胀导致轴承卡死。改进后采用可调心滚子轴承（SKF CARB系列），并优化对中公差，问题得到解决。

2.3 密封系统设计

高温介质易使机械密封失效，常见问题包括：

1）密封面干摩擦（介质汽化）。

2）O形圈老化（高温下橡胶失效）。

1）双端面机械密封：配合隔离液（如乙二醇）冷却。

2）波纹管密封：无辅助密封圈，耐高温性更好（如John Crane 28系列）。

3）O形圈改用耐高温材料（如氟橡胶）。

案例：某化工厂熔盐泵（400℃）原采用单端面密封，频繁泄漏。改用双端面密封+导热油冷却系统后，运行周期从3个月延长至2年。

2.4 冷却与保温措施

1）轴承及密封冷却：采用水冷夹套或风冷系统或低压蒸汽冷却。

2）泵体保温：减少热损失，同时避免外壳温度过高（如加装陶瓷纤维隔热层）。

案例：某乙烯装置高温烃泵（300℃）因轴承温度过高（>120℃）频繁损坏。加装循环水冷却系统后，轴承温度降至80℃以下。

2.5 水力设计与汽蚀防护

高温介质易汽化，需特别注意：

1）NPSHr（必需汽蚀余量）：高温下NPSHa（装置汽蚀余量）降低，需优化叶轮入口设计（如加大入口直径）。注：加大叶轮入口直径时，需特别注意泵的吸入比转速不能太高，否则将严重影响泵的可靠运行范围。

2）诱导轮应用：在高速泵中加装诱导轮，提高抗汽蚀能力。

3.1 背景

某石化厂减压塔底泵（介质：380℃热油）运行中频繁出现：

1）机械密封泄漏（每周更换）。

2）轴承寿命不足3个月。

3）泵体法兰螺栓松动。

1）密封失效：高温导致O形圈硬化，密封面结焦。

2）轴承损坏：润滑脂高温碳化，轴承游隙不足。

3）螺栓松动：热膨胀不均导致法兰应力集中。

1）密封升级：改用双端面波纹管密封（SiC对SiC），并注入低温导热油作为隔离液。

2）轴承系统优化：改用耐高温润滑脂（如Klüber Isoflex NBU 15），并增加轴承座水冷夹套。

3）结构强化：法兰螺栓采用Inconel 718材料，并增加碟形弹簧垫片补偿热膨胀。

3.4 效果

改进后，泵连续运行18个月无故障，维护成本降低70%。

1）材料耐温性与热膨胀补偿。

2）密封系统的可靠性（优先选择双端面或波纹管密封）。

3）冷却系统的合理配置（轴承、密封、底座支架）。

4）水力优化以减少汽蚀风险。