引言

鋯合金酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量的結(jié)晶，結(jié)晶積累后形成的白色結(jié)晶物非常堅(jiān)硬，經(jīng)常會(huì)造成酸洗泵機(jī)械密封的密封面損壞，大幅降低酸泵壽命，同時(shí)酸洗系統(tǒng)因大量結(jié)晶物會(huì)造成管路堵塞或酸槽清理困難等問題,嚴(yán)重影響酸洗設(shè)備的正常運(yùn)行。本文提出一種新酸洗循環(huán)系統(tǒng)來解決該問題。

1、鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)

傳統(tǒng)酸洗循環(huán)系統(tǒng)是利用一臺(tái)酸泵將酸液從酸槽的一側(cè)抽出后，再從另一側(cè)注入，在整個(gè)酸洗過程中，通過酸泵的不停運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)酸槽內(nèi)的酸液持續(xù)循環(huán)流動(dòng)。無論是酸液的溫度還是離子濃度，都會(huì)因?yàn)樗嵋貉h(huán)流動(dòng)而達(dá)到均勻混合，以提高酸洗制品的酸洗質(zhì)量。鋯合金酸洗設(shè)備配備傳統(tǒng)酸洗循環(huán)系統(tǒng)，酸泵通常選用耐腐蝕離心泵，系統(tǒng)組成如圖1所示。

2、問題分析

酸洗循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)酸泵在整個(gè)酸洗過程中一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，和加酸泵、倒酸泵等相比，循環(huán)酸泵持續(xù)作業(yè)時(shí)間要長(zhǎng)很多。鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中，存在的最大問題是酸泵壽命低，平均壽命僅3個(gè)月。通過研究分析，酸泵損壞的最主要原因是機(jī)械密封損壞導(dǎo)致漏酸，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很快就會(huì)造成整個(gè)泵體腐蝕損壞。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為了防止酸泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生酸液泄漏后酸液飛濺傷人，酸泵周圍安裝有圍擋保護(hù)，或是酸泵本身就安裝在行走踏步臺(tái)下方等隱蔽處，使得酸泵機(jī)械密封發(fā)生泄漏后很難在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會(huì)造成整個(gè)泵體腐蝕損壞。酸泵價(jià)格較貴，頻繁損壞更換，造成生產(chǎn)成本大幅增加。

鋯合金酸洗過程中，當(dāng)酸液飽和后就會(huì)在酸液中產(chǎn)生結(jié)晶，這些結(jié)晶積累后形成的白色結(jié)晶物非常堅(jiān)硬，而且會(huì)粘接在酸洗循環(huán)系統(tǒng)中的各個(gè)位置，尤其是在酸泵停止使用后，酸液溫度下降，機(jī)械密封處殘留的酸液就會(huì)析出結(jié)晶物，或是在機(jī)械密封處已經(jīng)夾雜了結(jié)晶，再次啟動(dòng)酸泵使用時(shí)，堅(jiān)硬的白色結(jié)晶物會(huì)劃傷機(jī)械密封的密封表面，造成機(jī)械密封處漏酸。同時(shí)，這些結(jié)晶物逐漸積累到一定程度后會(huì)造成管路堵塞，結(jié)晶物覆蓋槽底，一個(gè)月積累5~10mm厚的結(jié)晶物，這些結(jié)晶物若不及時(shí)處理，酸洗時(shí)結(jié)晶物會(huì)劃傷酸洗坯料表面，同時(shí)也會(huì)減小酸槽容積，影響酸槽底部安裝的如鼓泡裝置的使用。清理這些結(jié)晶物，基本只能依靠人工大力敲砸、鏟除，清理過程非常困難，工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高。而酸液循環(huán)管路內(nèi)積攢的結(jié)晶物更難清理，長(zhǎng)期積累后結(jié)晶物越來越多，經(jīng)常導(dǎo)致管路堵塞變形、漏酸，造成酸洗設(shè)備故障率非常高，嚴(yán)重影響設(shè)備正常使用。

3、系統(tǒng)改進(jìn)

針對(duì)鋯合金酸液循環(huán)系統(tǒng)存在的問題，提出一種解決方案:循環(huán)酸泵增加自沖洗功能，即酸泵的進(jìn)出酸液管路上并聯(lián)一套自沖洗管路，酸泵使用結(jié)束后，關(guān)閉酸泵進(jìn)出口閥門，打開自沖洗管路，利用純水對(duì)酸泵內(nèi)部包含機(jī)械密封處的酸液進(jìn)行沖洗，防止酸液在酸泵內(nèi)結(jié)晶，同時(shí)也減少酸泵長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)酸對(duì)泵體的腐蝕，大幅提高酸泵的使用壽命(圖2)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)酸泵使用完后未能及時(shí)沖洗的問題，因此增加電磁閥來代替手閥，增加自動(dòng)控制功能，即當(dāng)酸泵停機(jī)后，電磁閥Y1、Y2失電，電磁閥Y3、Y4得電，純水通過電磁閥Y3進(jìn)入酸泵，從Y4電磁閥排出，實(shí)現(xiàn)酸泵停機(jī)后自動(dòng)完成酸泵沖洗功能，自動(dòng)控制程序梯形圖見圖3。改進(jìn)后的鋯合金酸液循環(huán)系統(tǒng)投用已經(jīng)超過2年，期間未出現(xiàn)任何故障，酸泵的使用壽命提高了近10倍。

同時(shí)，針對(duì)鋯合金酸液易結(jié)晶，且結(jié)晶物造成管路堵塞、槽底覆蓋問題，既然無法阻止鋯合金酸洗過程中結(jié)晶物的產(chǎn)生，所以解決思路為酸液循環(huán)系統(tǒng)增加酸液過濾裝置來過濾結(jié)晶物，以減少酸洗系統(tǒng)中的結(jié)晶物粘接。根據(jù)鋯合金酸洗所使用的酸液(HON3、HF),調(diào)研選用化學(xué)耐酸過濾器,濾芯選用的是耐腐蝕的丙綸紗線纏繞式濾芯。為保證過濾器安全使用，每個(gè)過濾器安裝一塊用于檢測(cè)過濾器內(nèi)酸液壓力的壓力表，當(dāng)壓力表的壓力值>1.5 MPa時(shí)，則提醒必須及時(shí)更換濾芯后方可使用。為了確定合適的濾芯過濾精度，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3個(gè)酸槽分別投入使用不同過濾精度的濾芯，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比確定最適合的濾芯過濾精度，實(shí)驗(yàn)記錄見表1。

表1 濾芯過濾精度實(shí)驗(yàn)記錄

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，采用過濾精度為50μm的濾芯時(shí)，過濾效果相對(duì)較差，但其更換周期長(zhǎng)。采用過濾精度為20μm的濾芯時(shí)，過濾效果非常明顯，但其更換周期短，而且由于精度越高其單價(jià)也越高。而采用過濾精度為30μm的濾芯時(shí)，過濾效果也很明顯，同時(shí)更換周期約為2個(gè)月，因此綜合考慮濾芯的使用成本、更換周期及過濾效果，最終確定選用過濾精度為30μm的丙綸紗線纏繞式濾芯。這種紗線纏繞式濾芯耐酸腐蝕，還可反復(fù)沖洗使用。將使用過的濾芯拆除后放置純水中浸泡，然后用水槍將濾芯表面結(jié)晶泥沖洗干凈后即可反復(fù)使用，操作簡(jiǎn)單方便(圖4)。經(jīng)過長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，增加了酸液過濾器后過濾效果良好，酸槽底部、酸洗管路內(nèi)幾乎再無結(jié)晶，徹底解決了大量結(jié)晶粘接造成的處理困難問題，設(shè)備也再未出現(xiàn)因結(jié)晶堵塞而造成的管路變形、泄漏故障，酸泵故障進(jìn)一步減少。此外，由于過濾了鋯合金酸液內(nèi)結(jié)晶物，減少了酸液雜質(zhì)，提高了酸液質(zhì)量，對(duì)提升鋯合金酸洗制品質(zhì)量也起到積極作用。

4、改造效果

由于改進(jìn)后的鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)使用了酸液過濾器，過濾了鋯合金酸液中的固體結(jié)晶顆粒，同時(shí)鋯合金酸洗設(shè)備已經(jīng)配備了酸液冷卻循環(huán)裝置，即在酸槽外部安裝有一水箱，水箱內(nèi)的純水通過水冷機(jī)后，將其水溫快速降低，再將冷水泵送至安裝在酸槽內(nèi)壁的毛細(xì)管中，酸液通過與酸槽中的毛細(xì)管進(jìn)行冷熱交換來實(shí)現(xiàn)酸液降溫，如此便控制了酸洗過程中酸液的溫度。酸液溫度得到控制后，使得鋯合金酸洗酸液成為非高溫、無固體顆粒介質(zhì)，也就達(dá)到了使用磁力泵的條件，而磁力泵由于傳動(dòng)軸不需要傳入泵殼，其利用磁場(chǎng)透過空氣隙和隔離套薄壁傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)非接觸轉(zhuǎn)矩傳遞，消除了機(jī)械密封的泄漏通道，解決了跑、冒、滴、漏等問題。因此改進(jìn)后的鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)也可以選用磁力泵，徹底解決酸泵泄漏問題，使用壽命也更長(zhǎng)。同時(shí)，由于改進(jìn)后的系統(tǒng)中使用了自沖洗功能，當(dāng)磁力泵停止使用后，依然啟動(dòng)自沖洗，用純水對(duì)磁力泵的隔離套、泵內(nèi)軸、葉輪進(jìn)行沖洗，進(jìn)一步減少泵內(nèi)結(jié)晶物，解決了泵內(nèi)隔離套長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)酸腐蝕問題，同樣能夠延長(zhǎng)磁力泵的使用壽命，進(jìn)一步提高酸洗設(shè)備的正常運(yùn)行率。

鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)中增加了酸泵自沖洗功能，提高了循環(huán)酸泵機(jī)械密封的使用壽命，同時(shí)由于在停機(jī)后用純水沖洗酸泵泵體，大幅減少了酸泵泵體內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)酸腐蝕，提高酸泵的使用壽命。

針對(duì)鋯合金酸液易結(jié)晶問題，循環(huán)系統(tǒng)中增加了丙綸紗線纏繞式濾芯耐腐蝕過濾機(jī)，徹底解決了結(jié)晶粘接問題，并通過實(shí)驗(yàn)確定了合適的鋯合金酸液循環(huán)過濾濾芯的過濾精度，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。因?yàn)樵黾舆^濾機(jī)后，磁力泵也適用于鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)使用，因此本文提出了磁力泵替代普通離心泵的解決方案，而且自沖洗同樣也可提高磁力泵的使用壽命。同時(shí)，如果在酸泵的設(shè)計(jì)制造時(shí),通過合理設(shè)計(jì),將泵自沖洗進(jìn)、出口管路及閥門集成在泵體上，就能制造出更耐用、更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的酸泵。在其他易結(jié)晶液體泵送系統(tǒng)中，同樣可增加類似丙綸紗線纏繞式濾芯耐腐蝕過濾機(jī)，來解決結(jié)晶粘接問題，因此本文提出的解決方案同樣適用于其他類腐蝕液體的泵送系統(tǒng)，具有一定的推廣意義。

5、結(jié)束語

提出一種新的酸洗循環(huán)系統(tǒng)，徹底解決了鋯合金酸洗設(shè)備酸液循環(huán)系統(tǒng)故障率高、酸液結(jié)晶物多且難以處理的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，改造效果明顯。該解決方案也可在其他易結(jié)晶液體泵送系統(tǒng)中借鑒使用，提高酸泵的使用壽命，解決結(jié)晶物難處理等問題，降低酸洗設(shè)備故障率。

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（注，原文標(biāo)題：鋯合金酸洗循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用_張曉明）