图1 离心式渣浆泵。

编者按：在流程工业的生产中，经常需要输送一些含有固体颗粒的液体，例如含催化剂、焦炭、煤粉、砂粒等其他杂质的液体。这对输送用泵提出了一系列的挑战：悬浮在液体中的固体颗粒既不能像液体那样吸收、贮存或传递能量，又不能将动能传递给液体。固体颗粒的存在使泵的扬程、效率均较输送纯净介质时低，同时，固体颗粒对泵的磨损更是不容忽视。

本期我们特别邀请到泵用户企业的专家和生产企业的技术工程师，共同探讨固液两相流的输送问题，以期寻找最佳的泵选型、维护和能效解决方案。

在流程工业生产中，经常需要输送含固体颗粒的液体，譬如轻工（造纸浆输送、食品工业30%~40%淀粉输送、制糖渣浆等等），石油化工，煤化工，精细化工，冶金，矿山以及发电等（部分工艺流程、洗矿渣浆、冶金渣水及污水处理）。由于行业不同，输送介质的含固量，固体颗粒大小、颗粒软硬程度，固、液两相综合粘度状况以及对材料、磨蚀、腐蚀程度不同，选择的工业用泵类型也会有所不同。某些工况适用容积泵输送，而另外一些工况却需用特殊离心泵输送（渣浆泵、陶瓷泵、高吸入压力离心泵、旋流泵）。因此对于各种使用工况都必须进行认真分析。选用合适的输送泵和可靠的轴封做到兼能满足工艺操作条件，又能达到长期稳定运行。

石化、煤化工及精细化工装置固、液两相流程泵选择基本要求

首先要求保持长期连续稳定运行，年运转时间保证在7200h以上

按照美国石油学会API610规定，泵要求连续运行3年，年运行8000h，寿命20年，要求输送泵成熟、可靠，拆装检修方便。

图2 工业软管泵。

输送介质属于易燃、易爆、有毒固液两相流工业流程泵，其轴封要求严密、可靠，杜绝泄漏

一般采用双端面机械密封和一套轴封冲洗冷却系统。动密封摩擦副材料采用碳化硅、陶瓷、硬度合金等抗磨损的材料。静密封O形圈材料要注意介质温度和对介质的适应性，如果介质为有机溶剂，严禁使用橡胶制品，以免静密封O形圈溶胀失效，机械密封遭破坏。

介质含固体颗粒状态

一般工业上输送介质含固体量大于15%才称为固、液两相流。根据原石家庄水泵厂研究所资料介绍，固体沉降会造成离心泵效率明显下降。因此要考虑采用沉降速度理论及相关经验公式对泵效率和扬程进行修正。一般其轴功率要比清水泵大10%以上，甚至于更大。具体可以由专业制造厂根据介质操作状况分析、计算、确定轴功率和配套电机功率。

若介质综合粘度很大，个人认为单纯按固、液两相流离心泵对泵效率和扬程修正是不够的，尚还需按介质综合粘度去修正效率和扬程进行校核，取修正下降值大的来计算轴功率确定配套电机功率。当介质综合粘度＞100厘泊状态下，离心泵效率有可能相对泵在水状态下效率下降50%。此时，要分析一下采用离心泵是否合理、是否可以用其他形式泵取代（螺杆泵、齿轮泵、往复计量泵等），否则能耗将很大，影响长期运行成本。若介质有纤维状、块状胶粒，要防止叶轮流道堵塞，叶轮结构宜采用宽流道叶轮、开式叶轮，减少叶轮数量来适应工况条件。甚至在造纸行业纸浆输送可采用单流道叶轮，也可采用特殊旋流泵，宽流道低转速离心泵。精细化工40%~50%蛋氨酸浓浆液输送，合成丁苯橡胶中胶浆液输送均采用旋流泵。

旋流泵叶轮为板式，叶轮紧靠泵体后部，介质液由泵进口输入，经叶轮旋流直接由泵体前端流向出口，同时85%料浆不经过叶轮，不受切割，一般采用低转速，进出口均在4或4以上（DN100），不易堵塞流道，精细化工装置中输送蛋氨酸料浆40%~50%浓浆液使用情况良好，且绝大部份料浆不受叶轮切割有利于蛋氨酸晶体长大，在合成丁苯橡胶装置输送胶浆采用旋流泵，同样因为胶浆不经过叶轮切割，有利于高分子链进一步聚合，高分子链不受破坏，且胶浆液内含直径5~40mm,大颗粒胶块不会受堵。

对于聚氯乙烯悬浮液输送和食用酒精40%淀粉输送均采用开式叶轮、宽流道、低转速。

固、液两相流离心泵材质和结构

对于固、液两相流离心泵，介质液单纯受固体颗粒硬度的影响。譬如：煤化工粉煤浆气化炉排液渣水泵、纯碱工业生产中Ca（OH）2废渣液输送泵、有机化工环氧丙烷项目石灰乳输送泵。这类输送泵含固在20%~30%，颗粒为0.1~5mm左右，颗粒硬，但介质基本上无腐蚀，主要是磨蚀。泵过流段材料应选用硬质镍1＃、4＃、铬26、Cr15M03等抗磨蚀好的材料，由于材料耐磨蚀性好，材料铸造和加工性能很差，且是属脆性材料，泵壳、叶轮等为高耐磨材料，另外，泵的结构特殊，泵的外部连接件需加设护套。进出口法兰为非标准，国内称为标准渣浆泵形式。国内以原石家庄水泵厂（现强大水泵厂）20世纪80年代引进澳大利亚沃曼渣浆泵系列为代表，对于此类泵转速一般不高，通常为1000~1450r/min，泵效率也较低，四川自贡工业泵厂开发“N”型泵也类似这种形式，单纯渣浆泵轴密封除用机械密封外也可采用动力密封(副叶轮+填料密封)。

无机化工磷肥和硫酸工业上输送浓料浆液，含固25%~32%磷石膏、液相20%~30%磷酸，1%~4%硫酸，料浆比重为1.3~5。泵过流段材料兼要抗强腐蚀，又要抗强磨蚀，根据湖北东方化学工业公司耐酸厂引进法国日蒙·B德（J·S）公司专有技术LC泵，其过流段材料为铬30、CD-4MCu双相不锈钢、哈氏-C、20＃合金、K合金等，另外对于此类介质腐蚀性受温度影响很大，随温度增大腐蚀增加。选材必须注意介质温度。泵转速应选择低速，绝大部分采用970和1450r/min，泵转速提高，会加速叶轮和蜗壳过流段磨蚀和腐蚀。某些情况下也可采用立式泵。

图3 高压煤浆泵

对于聚氧乙烯料浆液和食用酒精淀粉料浆液输送泵，虽含固体颗粒高达40%~50%，但颗粒软，磨蚀和腐蚀要求不高，对清洁度有要求，一般选择304、316不锈钢即可，输送橡胶料浆泵宜选择316不锈钢。

介绍几种煤化工和精细化工应用特殊固、液相流输送泵

高压煤浆泵（某工程中应用）

主要参数

煤浆浓度（含固量）  58%~65%

比重1.2~1.25

粘度700~3000mps

流量  43~85m3/h

进口压力  0.5bar

出口压力  96bar

高压煤浆泵为加压气化炉核心设备，主要供烧嘴处向气化炉喷雾水煤浆燃烧用泵。压力高、介质含固量高、粘度大、具有一定比重、且控制要求严格，实际应用高压往复隔膜泵，其他离心泵、螺杆泵、凸轮泵均无法取代。

高压煤浆泵受气化炉炉膛温度变化调节煤浆流量，且调节要具有一定精度，采用变频调节。

另外，要使高压隔膜泵长期稳定运行，隔膜寿命是一个重要因素。隔膜死角积累固体颗粒，易造成隔膜破坏，机组一段采用PLC程序控制，有专门液压油腔采用液压油控制隔膜开放程度，稳定操作。控制补液、排液时间恒定波动小，设故障报警、停车程序、超压报警、紧急停车。

目前高压煤浆泵主要还是采用引进机组，国产沈阳有色冶金机械厂研制已经过专家鉴定，重庆水泵厂、上海隆机器厂也相继开发类似高压煤浆泵，国产机组、引进机组在湿法冶炼-有色金属铝冶炼和铝加工行业也广泛使用。

锁斗循环泵（某工程应用）

主要参数

渣水浓度（含固量）  10%~15%黑水

流量33.5~40m3/h

扬程32m

进口压力6.68Mpac

进口温度50~110℃    
 
max 220℃

锁斗循环泵是气化炉渣水进入锁斗内，然后部分渣水排出再返回气化炉循环回流泵，进口压力高达6.68MPac，泵进口压力高，叶轮处承受轴向力、往向力高，泵必须考虑止推轴承完全承受起全部轴向力。另外在考虑平衡轴向力同时平衡径向力，可采用双流道设计，还建议在叶轮前后盖开设一定数量平衡孔，泵进口处和叶轮背部加置耐磨环来平衡部分轴向力。由于泵进口压力高，作用泵壳、泵盖等均为受压元件，泵整体设计必须大于最大操作压力，对于10%~15%含固体渣水，泵体和叶轮等过流部分材质以耐磨材料为主，介于进口压力高问题，结构上相应采取特殊结构设计。叶轮入口处泵盖上和叶轮后盖上嵌装抗磨板来抗磨蚀，叶轮和抗磨板材质为（1＃、4＃硬质镍或Cr15Mo3）泵转速为1450r/min，泵壳材料为1Cr13。

另外锁斗循环泵轴封属于高压机械范畴，超出API682规范工作范围，需考虑特殊设计高压静止式单端面机械密封、主密封材料（动、静环）要具有高强度、高耐磨材料。一般国内碳化硅，石墨均达不到高抗压强度要求，宜采用高强度特殊石墨和碳化钨、碳化硅等。对于密封冷却水系统采用API PLAN32外冲洗，整个装置配有独立高压密封水泵，孔板分别注入有关泵内，对这种状况下高压机械密封还建议增置螺旋槽辅助密封。 
                                                   
精细化工蛋氨酸料浆泵

主要参数

料浆浓10%~15%（细粒）

流量45m3/h

扬程25m

粘度40~60mps

由于颗粒细、沉降、粘度大，且合成蛋氨酸浆液中晶体正在长大，不希望浆料液叶轮旋转切割，引进装置选用低转速大口径旋流泵，如实际现场选用一台进口泵，一台国产泵效果更好。另外，输送50%~60%蛋氨酸浆料液引进装置还可采用单螺杆泵，其内部定子为食品级硬橡胶。

玉米淀粉装置

输送40%淀粉，各种流量和不同扬程，有一定粘度（~40mps），实际使用输送泵均为低转速(1450r/min)，开式叶轮或者是宽流道叶轮，轴封为双端面机械密封，密封冲洗系统为外冲接，效果甚佳，材料为304ss。

结束语

上述为个人工程中接触到固、液两相流输送泵的一些粗浅体会，望广泛讨论、增强知识、扩大应用。

专家观点

发言人：中国天辰工程有限公司 朱俊豪、王亮

“由于行业不同，输送介质的含固量，固体颗粒大小、颗粒软硬程度，固、液两相综合粘度状况以及对材料、磨蚀、腐蚀程度不同，选择工业用泵类型也会有不同。”
——朱俊豪，中国天辰工程有限公司化机部主任工程师，原化工部机泵技术委员会委员，现中石化机泵技术委员会顾问。

发言人：Verder公司技术支持工程师 葛贤春

在泵送固液两相流时，通常会遇到那些问题？对泵有哪些特殊要求？

葛贤春：在泵送固液两相流时，常常会遇到介质的含固量很高，磨损性很大的情况。其次，还会遇到一些不可剪切的介质，如酵母，使得许多泵无法输送。当输送易结晶的介质时，容易堵塞通道和拐角，也会使得泵无法工作。同时，液体中的固体会容易堵塞管道和泵腔，经常使得泵无法运转，以致损害泵或电机。等等这些，首先要求泵具有较高的抗磨损性和腐蚀性。其次需要具有较低的剪切力，不会对介质产生任何损坏。对于输送易结晶的介质，要求泵中没有阀门或拐角，即不会有产生结晶的可能。对于上述问题，弗尔德工业软管泵可轻松的解决，并提供完美的技术支持和解决方案。

哪些种类的泵适用于输送含固量颗粒的液体？不同种类泵的优缺点？

葛贤春：目前市场上可输送含固量颗粒的液体的泵有软管泵、螺杆泵、柱塞泵、渣浆泵、隔膜泵和凸轮泵等。其可输送含固量依次降低。

鉴于我司主要生产软管泵，所以介绍一下软管泵应用的优缺点。

优点主要包括：

可输送磨损性很高、粘度很大的介质。

低剪切力。可温和地输送像酵母这样的介质。

可产生真空以吸入介质。

因泵腔内没有拐角和阀门，适合输送易结晶介质。

介质不会回流，可定量输送。

软管是惟一的磨损件，更换简单，维护时间短。

最高可输送80%含固量的介质，如采矿等。

泵可干转。

缺点主要为：

内层橡胶的限制，这个限制取决于应用过程中的化学腐蚀性。

尺寸限制，与其他正向移动泵相比较，在相同流量下显得体积大，重量大。

有压力和温度的限制。

软管泵会产生脉动。

用于输送含固液体的流程泵，哪部分结构是最容易被损坏的？什么样的材料和防腐设计可以最佳地防止腐蚀和锈蚀？

葛贤春：众所周知，对于气动隔膜泵，接液部分的膜片、球座和球阀都是很容易损坏的，这些都属于易损件。详细的客户信息对选型有着至关重要的作用。根据客户所提供的介质特性，我们选择不同材质的部件以满足各种场合的应用。

对于工业软管泵而言，和介质接触的仅软管和内塞，因此，弗尔德提供超过5种材质的软管和3种材质的内塞，以满足不同介质的输送。软管材质有：天然橡胶，以输送高磨损性的泥浆及无机物介质。丁腈橡胶，适于输送油类和油脂类介质。食品级丁腈橡胶，适于输送达到食品卫生级的介质。三元乙丙橡胶，适于输送高腐蚀性的化学物质和无机物。海派龙，适于输送超高腐蚀性介质。内塞材质提供有不锈钢、聚丙烯和PVDF。

发言人：特瑞堡密封系统销售工程师 邹建飞

含固液体对于泵的密封有哪些特殊的形式和材料方面要求？

邹建飞：在固液两相流的泵送的密封应用中，填料密封和机械密封较为普遍选用。

在大多数应用中，传统填料密封形式已被其他密封取代，但在高温、侵蚀性流体和慢运动条件的场合下仍然有较广的应用。大多数现有填料材料基于芳族聚酰胺纤维、PTFE或石墨。其中芳族聚酰胺纤维在固液相流体中极其耐磨并且可耐到250℃左右的流体温度，其较其他材料在固液两相流的泵送密封中应用更为广泛。

机械密封是在固液两相流中应用最广泛的，但其易遇到一些问题，如颗粒进入密封端面将加速密封面的磨损，介质侧和大气侧颗粒堵塞等问题。

有两种途径可解决颗粒介质作用的问题：对于空间和设备成本受限或需保证介质不受影响的情况下，可改变机械密封的结构，使其可直接用在颗粒介质中。具体方案是：1）弹簧和辅助密封圈相结合，避免弹簧与介质接触导致颗粒堵塞。2）提高摩擦副材料的硬度，通常可选用碳化钨或碳化硅的硬对硬组对，使其高于磨粒的硬度以达到耐磨损和耐磨蚀的目的。3）采用内流式机械密封设计，颗粒介质在密封环外侧，离心力和惯性力的作用使颗粒、杂质向外运动，抛离密封面。4）增大轴套与密封环之间的间隙，当有物料泄漏时，能及时排出，避免颗粒的堆积和阻塞。

对机械密封设置一些附加的内部结构或采取辅助措施(如唇封、螺旋密封、封液、冲洗水、水箱或油箱建立液障防止颗粒堆积等)，或者外部装置(如旋流固液分离器、磁滤器等)。
其中较普遍使用的唇封按照温度、压力和介质侵蚀性的不同，可能选择各种不同材质和结构的唇封。

螺旋密封利用流体的动压力改变泄漏流方向，使泄漏流体自动返回到被密封空间。这种通过侧面间隙导回泄漏物的“回流原理”体现于机械密封端面上蚀刻的逆流泵送槽，以及弹性体径向唇形密封的细螺旋。