泵在冶炼作业中有着非常重要的作用,是提炼流程的必要设备。在大型石化提炼厂,有上千台泵在工作,以保证工厂能够顺利运转。 在冶炼作业中,通常是采用离心泵来取代原有的反向泵和回转泵。制造技术及冶金学方面的改善,使得离心泵制造成本大幅下降；同时由于泵内的移动或转动零件越来越少,使得维修作业变得越来越简单。泵运转中出现机械问题或是效率降低,就会对整个工厂的生产造成不良影响。耐磨环可以在泵非正常操作条件下运转时,对泵起到提供保护以及控制液体的回收循环情况。所以其性能的优化十分重要。传统的耐磨环是以不同材料的金属所制造,但是由于金属材料的特性所限,影响了离心泵整体功能的进一步提升。

    二、耐磨环的作用

    耐磨环的作用,是将泵中转动及静止的零件,高压和低压的部分分隔开。多年来,设计人员尝试了不同的材料来取代金属耐磨环,以期获得性能的改善。在美国石油协会标准(API 610)中,规定离心泵中必须使用耐磨环,并且准许使用复合材料来制造这些零件 ,耐磨环结构如图1和图2所示。

    三、金属耐磨环失效原因

    当金属耐磨环有所接触时,通常会产生高温、造成金属焊接在一起(摩擦焊接),并造成泵运转不顺。这种情况会大幅增加耗电量,造成设备严重损坏,同时可能会使得液体渗漏到大气中,对现场的工作人员造成伤害。以下情况耐磨环可能会发生接触。

    (1)在泵刚起动,液体还没有流过叶片之前而空转时(尤其是垂直式泵更为严重)。

    (2)当转动轴变形,转动叶片因为泵内压力突然升高或其他异常情况而偏离转动轴。

    (3)在起动或停止期间“慢速转动”时,因为振动而使得套管偏离转动轴。

    (4)在低压蒸汽下、出现气泡或在处理低密度的液体时。

    (5)放射状轴承失灵,使得耐磨环彼此接触时。

    四、金属耐磨环之外的其他选择

    在了解使用金属和复合材料零件的实际成本费用之后,有些生产厂商转而使用石墨/金属合金等替代材料。但是石墨/金属合金制造的零件脆性太大,耐冲击性、抗振动和抗强烈撞击性能差。这些特性使得石墨/金属合金零件,在运送和安装的过程中可能会出现断裂的情况,大幅提高更换组件的成本。

    在20世纪80年代中期,DuPontTM杜邦开发出一种以氟化树脂为基材,通过特种纤维强化的高性能材料Vespel CR-6100。CR―6100结合氟化树脂的抗化学侵蚀及耐高温性(使用温度可高达288℃),以及特种纤维的强度与尺寸稳定性。