陶瓷泵，是指泵體內(nèi)，與腐蝕性介質(zhì)接觸的部件（如葉輪、兩側(cè)泵蓋、泵體、軸套、軸端螺母等）均采用工程陶瓷制成的泵體。通常，陶瓷件外用鐵殼鎧裝以保護(hù)內(nèi)襯陶瓷件，而內(nèi)襯陶瓷件憑借高耐磨性、耐腐蝕性作為過(guò)流部件，兩者間用粘結(jié)劑連接，其主要陶瓷件如圖1所示。

圖1陶瓷泵結(jié)構(gòu)及其主要陶瓷件

過(guò)去，在眾多陶瓷泵材料中，氧化鋁陶瓷（常作葉輪及泵體）和氮化硅陶瓷（常作軸套及密封件）被大量應(yīng)用在礦山、冶金、化工和環(huán)保等行業(yè)，市場(chǎng)反饋良好，不過(guò)也存在著相應(yīng)的問(wèn)題。例如陶瓷材料脆性大，當(dāng)介質(zhì)中存在特大顆粒時(shí)，陶瓷葉輪葉片容易斷裂，且陶瓷泵體在運(yùn)輸過(guò)程中容易出現(xiàn)開(kāi)裂，應(yīng)用過(guò)程中的檢修也較為困難等問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著工程陶瓷技術(shù)的進(jìn)步，碳化硅在陶瓷泵材料上的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，特別是在運(yùn)送含有固相顆粒的高腐蝕性、高磨蝕性流體中，顯現(xiàn)出獨(dú)特的價(jià)值。今天，我們通過(guò)兩個(gè)實(shí)例，來(lái)看看碳化硅陶瓷泵的魅力。

純堿工業(yè)中的碳化硅襯里泵

純堿是最基本的化工原料之一，純堿生產(chǎn)過(guò)程中，氣體介質(zhì)多為氨氣和二氧化碳，液體介質(zhì)多為氯化鈉、氯化銨和氯離子的高濃度溶液，其氨鹽水系統(tǒng)具有高腐蝕性，過(guò)去普遍采用鈦材料，但是鈦材價(jià)格昂貴，加工難度大，并且鈦泵的葉輪、軸套、葉輪螺母均為鈦材質(zhì)，備品備件價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用也較高；此外，當(dāng)流量較小時(shí)，鈦泵存在振動(dòng)大，故障率高的問(wèn)題。

表1 純堿工業(yè)中常用泵體

針對(duì)以上提到的鈦泵缺點(diǎn)，2015年，江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠在重堿車間蒸吸工序的成品氨鹽水系統(tǒng)中，安裝了一臺(tái)碳化硅陶瓷襯里泵，以代替鈦泵用于生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)十個(gè)月的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)該泵使用效果良好、結(jié)垢率低，操作方便、運(yùn)行平穩(wěn)，且抗腐蝕、耐磨損性能優(yōu)于傳統(tǒng)鈦泵。

典型的ACP（AdvancedCeramic Pump）系列陶瓷泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2典型ACP型陶瓷襯里泵的結(jié)構(gòu)

淮安堿廠所采用的ACP-TL型金屬+陶瓷襯里泵，是將金屬外殼與內(nèi)襯碳化硅粘結(jié)為一體，葉輪為內(nèi)嵌金屬骨架的整體碳化硅，其核心技術(shù)是利用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制造技術(shù)，基于金屬泵高效水力模型采用CFD計(jì)算分析平臺(tái)修正因加襯陶瓷而改變的水力尺寸，并保證液體介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)的順暢性，減少流動(dòng)損失，使之能始終處于高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

磷銨工業(yè)中的碳化硅泵

除了純堿工業(yè)外，磷銨工業(yè)中，碳化硅陶瓷泵性能同樣非常突出。目前，我國(guó)磷銨裝置普遍采用濕法磷酸生產(chǎn)工藝（即采用硫酸分解磷礦萃取磷酸），在生產(chǎn)過(guò)程中存在硫酸、磷酸及多元酸等不同種類和濃度的酸，在溫度、壓力、流體動(dòng)力、機(jī)械應(yīng)力、電解效應(yīng)等各種條件影響下，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備具有嚴(yán)重的腐蝕作用（研究和實(shí)踐證明，在濕法磷酸工藝酸銨生產(chǎn)中，除了多元酸的腐蝕，對(duì)機(jī)器設(shè)備腐蝕最為嚴(yán)重的雜質(zhì)是氯離子和氟離子，它們是加快設(shè)備腐蝕速率的關(guān)鍵影響因素）。

除了嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題之外，濕法磷酸工藝，磷酸漿料、磷酸、磷銨料漿中含有硫酸鈣和一些不溶性固體顆粒，因而黏度較大、流動(dòng)性差。這些固體顆粒會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，尤其是漿料泵等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備更是如此。

2016年，襄陽(yáng)澤東化工集團(tuán)有限公司將碳化硅材料應(yīng)用于泵體材料上。公司磷酸車間的稠漿泵，原泵體材質(zhì)為雙相不銹鋼材料CD4MCu，泵體使用時(shí)間僅為6-8個(gè)月，其喉舌部位使用4個(gè)月就被磨穿，堆焊修補(bǔ)后勉強(qiáng)能再使用兩個(gè)月，便需要更換新的泵體，且需要頻繁更換備件，成本較高。

通過(guò)材質(zhì)替換，公司使用了湖北托馬斯流體技術(shù)公司提供的LVT系列碳化硅泵體，在這個(gè)工位上使用時(shí)間上目前已經(jīng)超過(guò)12個(gè)月，預(yù)估壽命達(dá)到15個(gè)月以上。LVT系列碳化硅耐磨泵的特點(diǎn)為：泵所有于介質(zhì)接觸的部位均為碳化硅材料，耐磨耐腐，大幅度延長(zhǎng)泵使用壽命；碳化硅葉輪質(zhì)量輕，軸運(yùn)行擾度小，泵運(yùn)行更為平穩(wěn)。

圖3 湖北托馬斯流體技術(shù)公司生產(chǎn)的碳化硅泵

小結(jié)與展望

對(duì)于工業(yè)用泵體而言，其必要需求是運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、安全可靠，在此基礎(chǔ)上，前期投資小、節(jié)能減排和維修方便是工業(yè)用泵的進(jìn)一步需求。純堿、磷銨等工業(yè)品的生產(chǎn)，具有強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)磨蝕性的特點(diǎn)，最初的鉬二鈦、316L等合金材料制成的葉輪，使用壽命均在2-3個(gè)月，而近年來(lái)興起的雙相不銹鋼材料CD4MCu等材料能將將泵體壽命提高至6-8個(gè)月。但碳化硅陶瓷泵的使用壽命能達(dá)到12個(gè)月以上，可以應(yīng)對(duì)極端的使用環(huán)境，特別是在輸送含有固相顆粒的高磨蝕性流體上。不過(guò)，目前碳化硅陶瓷泵仍存在葉輪脆斷、蝸殼開(kāi)裂等問(wèn)題，目前采用的方法均通過(guò)流體力學(xué)分析結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)避免，實(shí)際上更應(yīng)從陶瓷材料成型、燒結(jié)等相關(guān)技術(shù)入手，才能更為徹底地解決復(fù)雜陶瓷件的脆性問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

1、陶瓷襯里泵在純堿行業(yè)的推廣應(yīng)用，江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，王建，蔡家?guī)洝?/span>

2、碳化硅泵在磷銨生產(chǎn)中的應(yīng)用，襄陽(yáng)澤東化工集團(tuán)有限公司，聞明，曾志，王波。