陶瓷泵，是指泵體內，與腐蝕性介質接觸的部件（如葉輪、兩側泵蓋、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內襯陶瓷件，而內襯陶瓷件憑借高耐磨性、耐腐蝕性作為過流部件，兩者間用粘結劑連接，其主要陶瓷件如圖1所示。

圖1 陶瓷泵結構及其主要陶瓷件

過去，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）被大量應用在礦山、冶金、化工和環保等行業，市場反饋良好，不過也存在著相應的問題。例如陶瓷材料脆性大，當介質中存在特大顆粒時，陶瓷葉輪葉片容易斷裂，且陶瓷泵體在運輸過程中容易出現開裂，應用過程中的檢修也較為困難等問題。

近年來，隨著工程陶瓷技術的進步，碳化硅在陶瓷泵材料上的應用愈發廣泛，特別是在運送含有固相顆粒的高腐蝕性、高磨蝕性流體中，顯現出獨特的價值。今天，我們通過兩個實例，來看看碳化硅陶瓷泵的魅力。

純堿工業中的碳化硅襯里泵

純堿是最基本的化工原料之一，純堿生產過程中，氣體介質多為氨氣和二氧化碳，液體介質多為氯化鈉、氯化銨和氯離子的高濃度溶液，其氨鹽水系統具有高腐蝕性，過去普遍采用鈦材料，但是鈦材價格昂貴，加工難度大，并且鈦泵的葉輪、軸套、葉輪螺母均為鈦材質，備品備件價格昂貴，維護費用也較高；此外，當流量較小時，鈦泵存在振動大，故障率高的問題。

表1 純堿工業中常用泵體

針對以上提到的鈦泵缺點，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中，安裝了一臺碳化硅陶瓷襯里泵，以代替鈦泵用于生產，經過十個月的運行，發現該泵使用效果良好、結垢率低，操作方便、運行平穩，且抗腐蝕、耐磨損性能優于傳統鈦泵。

典型的ACP（Advanced Ceramic Pump）系列陶瓷泵結構如圖2所示。

圖2 典型ACP型陶瓷襯里泵的結構

淮安堿廠所采用的ACP-TL型金屬+陶瓷襯里泵，是將金屬外殼與內襯碳化硅粘結為一體，葉輪為內嵌金屬骨架的整體碳化硅，其核心技術是利用陶瓷-金屬復合制造技術，基于金屬泵高效水力模型采用CFD計算分析平臺修正因加襯陶瓷而改變的水力尺寸，并保證液體介質內部流動的順暢性，減少流動損失，使之能始終處于高效、經濟的運行狀態。

磷銨工業中的碳化硅泵

除了純堿工業外，磷銨工業中，碳化硅陶瓷泵性能同樣非常突出。

目前，我國磷銨裝置普遍采用濕法磷酸生產工藝（即采用硫酸分解磷礦萃取磷酸），在生產過程中存在硫酸、磷酸及多元酸等不同種類和濃度的酸，在溫度、壓力、流體動力、機械應力、電解效應等各種條件影響下，對系統設備具有嚴重的腐蝕作用（研究和實踐證明，在濕法磷酸工藝酸銨生產中，除了多元酸的腐蝕，對機器設備腐蝕最為嚴重的雜質是氯離子和氟離子，它們是加快設備腐蝕速率的關鍵影響因素）。

除了嚴重的腐蝕問題之外，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、流動性差。這些固體顆粒會對設備產生嚴重的磨損，尤其是漿料泵等轉動設備更是如此。

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

通過材質替換，公司使用了湖北托馬斯流體技術公司提供的LVT系列碳化硅泵體，在這個工位上使用時間上目前已經超過12個月，預估壽命達到15個月以上。LVT系列碳化硅耐磨泵的特點為：泵所有于介質接觸的部位均為碳化硅材料，耐磨耐腐，大幅度延長泵使用壽命；碳化硅葉輪質量輕，軸運行擾度小，泵運行更為平穩。

圖3 湖北托馬斯流體技術公司生產的碳化硅泵

小結與展望

對于工業用泵體而言，其必要需求是運行時間長、安全可靠，在此基礎上，前期投資小、節能減排和維修方便是工業用泵的進一步需求。純堿、磷銨等工業品的生產，具有強腐蝕性、強磨蝕性的特點，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個月，而近年來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個月。但碳化硅陶瓷泵的使用壽命能達到12個月以上，可以應對極端的使用環境，特別是在輸送含有固相顆粒的高磨蝕性流體上。不過，目前碳化硅陶瓷泵仍存在葉輪脆斷、蝸殼開裂等問題，目前采用的方法均通過流體力學分析結合結構設計來避免，實際上更應從陶瓷材料成型、燒結等相關技術入手，才能更為徹底地解決復雜陶瓷件的脆性問題。

參考文獻

陶瓷襯里泵在純堿行業的推廣應用，江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，王建，蔡家帥。

碳化硅泵在磷銨生產中的應用，襄陽澤東化工集團有限公司，聞明，曾志，王波。

粉體圈 火宣