引言

鋯合金酸洗過程中會產生大量的結晶，結晶積累后形成的白色結晶物非常堅硬，經常會造成酸洗泵機械密封的密封面損壞，大幅降低酸泵壽命，同時酸洗系統因大量結晶物會造成管路堵塞或酸槽清理困難等問題,嚴重影響酸洗設備的正常運行。本文提出一種新酸洗循環系統來解決該問題。

1、鋯合金酸洗循環系統

傳統酸洗循環系統是利用一臺酸泵將酸液從酸槽的一側抽出后，再從另一側注入，在整個酸洗過程中，通過酸泵的不停運轉，實現酸槽內的酸液持續循環流動。無論是酸液的溫度還是離子濃度，都會因為酸液循環流動而達到均勻混合，以提高酸洗制品的酸洗質量。鋯合金酸洗設備配備傳統酸洗循環系統，酸泵通常選用耐腐蝕離心泵，系統組成如圖1所示。

2、問題分析

酸洗循環系統中循環酸泵在整個酸洗過程中一直處于運轉狀態，和加酸泵、倒酸泵等相比，循環酸泵持續作業時間要長很多。鋯合金酸洗循環系統在實際使用過程中，存在的最大問題是酸泵壽命低，平均壽命僅3個月。通過研究分析，酸泵損壞的最主要原因是機械密封損壞導致漏酸，如未及時發現，很快就會造成整個泵體腐蝕損壞。在生產現場，為了防止酸泵在運轉過程中發生酸液泄漏后酸液飛濺傷人，酸泵周圍安裝有圍擋保護，或是酸泵本身就安裝在行走踏步臺下方等隱蔽處，使得酸泵機械密封發生泄漏后很難在第一時間被發現，經常會造成整個泵體腐蝕損壞。酸泵價格較貴，頻繁損壞更換，造成生產成本大幅增加。

鋯合金酸洗過程中，當酸液飽和后就會在酸液中產生結晶，這些結晶積累后形成的白色結晶物非常堅硬，而且會粘接在酸洗循環系統中的各個位置，尤其是在酸泵停止使用后，酸液溫度下降，機械密封處殘留的酸液就會析出結晶物，或是在機械密封處已經夾雜了結晶，再次啟動酸泵使用時，堅硬的白色結晶物會劃傷機械密封的密封表面，造成機械密封處漏酸。同時，這些結晶物逐漸積累到一定程度后會造成管路堵塞，結晶物覆蓋槽底，一個月積累5~10mm厚的結晶物，這些結晶物若不及時處理，酸洗時結晶物會劃傷酸洗坯料表面，同時也會減小酸槽容積，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、勞動強度高。而酸液循環管路內積攢的結晶物更難清理，長期積累后結晶物越來越多，經常導致管路堵塞變形、漏酸，造成酸洗設備故障率非常高，嚴重影響設備正常使用。

3、系統改進

針對鋯合金酸液循環系統存在的問題，提出一種解決方案:循環酸泵增加自沖洗功能，即酸泵的進出酸液管路上并聯一套自沖洗管路，酸泵使用結束后，關閉酸泵進出口閥門，打開自沖洗管路，利用純水對酸泵內部包含機械密封處的酸液進行沖洗，防止酸液在酸泵內結晶，同時也減少酸泵長時間儲酸對泵體的腐蝕，大幅提高酸泵的使用壽命(圖2)。在現場實際使用過程中，經常會出現酸泵使用完后未能及時沖洗的問題，因此增加電磁閥來代替手閥，增加自動控制功能，即當酸泵停機后，電磁閥Y1、Y2失電，電磁閥Y3、Y4得電，純水通過電磁閥Y3進入酸泵，從Y4電磁閥排出，實現酸泵停機后自動完成酸泵沖洗功能，自動控制程序梯形圖見圖3。改進后的鋯合金酸液循環系統投用已經超過2年，期間未出現任何故障，酸泵的使用壽命提高了近10倍。

同時，針對鋯合金酸液易結晶，且結晶物造成管路堵塞、槽底覆蓋問題，既然無法阻止鋯合金酸洗過程中結晶物的產生，所以解決思路為酸液循環系統增加酸液過濾裝置來過濾結晶物，以減少酸洗系統中的結晶物粘接。根據鋯合金酸洗所使用的酸液(HON3、HF),調研選用化學耐酸過濾器,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，每個過濾器安裝一塊用于檢測過濾器內酸液壓力的壓力表，當壓力表的壓力值>1.5 MPa時，則提醒必須及時更換濾芯后方可使用。為了確定合適的濾芯過濾精度，現場對3個酸槽分別投入使用不同過濾精度的濾芯，通過實驗對比確定最適合的濾芯過濾精度，實驗記錄見表1。

表1 濾芯過濾精度實驗記錄

根據實驗結果得出，采用過濾精度為50μm的濾芯時，過濾效果相對較差，但其更換周期長。采用過濾精度為20μm的濾芯時，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也越高。而采用過濾精度為30μm的濾芯時，過濾效果也很明顯，同時更換周期約為2個月，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晶泥沖洗干凈后即可反復使用，操作簡單方便(圖4)。經過長期的現場使用驗證，增加了酸液過濾器后過濾效果良好，酸槽底部、酸洗管路內幾乎再無結晶，徹底解決了大量結晶粘接造成的處理困難問題，設備也再未出現因結晶堵塞而造成的管路變形、泄漏故障，酸泵故障進一步減少。此外，由于過濾了鋯合金酸液內結晶物，減少了酸液雜質，提高了酸液質量，對提升鋯合金酸洗制品質量也起到積極作用。

4、改造效果

由于改進后的鋯合金酸洗循環系統使用了酸液過濾器，過濾了鋯合金酸液中的固體結晶顆粒，同時鋯合金酸洗設備已經配備了酸液冷卻循環裝置，即在酸槽外部安裝有一水箱，水箱內的純水通過水冷機后，將其水溫快速降低，再將冷水泵送至安裝在酸槽內壁的毛細管中，酸液通過與酸槽中的毛細管進行冷熱交換來實現酸液降溫，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，也就達到了使用磁力泵的條件，而磁力泵由于傳動軸不需要傳入泵殼，其利用磁場透過空氣隙和隔離套薄壁傳動轉矩，帶動內轉子旋轉，實現非接觸轉矩傳遞，消除了機械密封的泄漏通道，解決了跑、冒、滴、漏等問題。因此改進后的鋯合金酸洗循環系統也可以選用磁力泵，徹底解決酸泵泄漏問題，使用壽命也更長。同時，由于改進后的系統中使用了自沖洗功能，當磁力泵停止使用后，依然啟動自沖洗，用純水對磁力泵的隔離套、泵內軸、葉輪進行沖洗，進一步減少泵內結晶物，解決了泵內隔離套長時間儲酸腐蝕問題，同樣能夠延長磁力泵的使用壽命，進一步提高酸洗設備的正常運行率。

鋯合金酸洗循環系統中增加了酸泵自沖洗功能，提高了循環酸泵機械密封的使用壽命，同時由于在停機后用純水沖洗酸泵泵體，大幅減少了酸泵泵體內的長時間儲酸腐蝕，提高酸泵的使用壽命。

針對鋯合金酸液易結晶問題，循環系統中增加了丙綸紗線纏繞式濾芯耐腐蝕過濾機，徹底解決了結晶粘接問題，并通過實驗確定了合適的鋯合金酸液循環過濾濾芯的過濾精度，現場使用效果良好。因為增加過濾機后，磁力泵也適用于鋯合金酸洗循環系統使用，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，如果在酸泵的設計制造時,通過合理設計,將泵自沖洗進、出口管路及閥門集成在泵體上，就能制造出更耐用、更具市場競爭力的酸泵。在其他易結晶液體泵送系統中，同樣可增加類似丙綸紗線纏繞式濾芯耐腐蝕過濾機，來解決結晶粘接問題，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，具有一定的推廣意義。

5、結束語

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

參考文獻

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（注，原文標題：鋯合金酸洗循環系統改進及應用_張曉明）