計量泵隔膜破裂失效分析

郭 磊 何茂盛 李 超 陳聯(lián)合

作者通聯(lián)：中國石油獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯車間新疆獨山子市 833600

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聚乙烯裝置E-DS31 型計量泵用于聚合生產(chǎn)冷凝液戊烷回收，回收戊烷能力300kg/h，一旦該泵故障，戊烷直接排火炬，對生產(chǎn)造成重大影響。泵為德國BRAN+LUEBBR GmbH 公司制造，出口壓力2.5MPa，操作溫度-35.2℃，電機轉(zhuǎn)速2800r/min。2009年泵隔膜首次發(fā)生破裂，當(dāng)時隔膜已使用兩年，更換新隔膜后僅39 天隔膜再次破裂。之后近一年中，更換隔膜14 套，其中最長使用壽命僅45 天，最短使用壽命3 天，為此對計量泵隔膜破裂進行失效分析。

圖1 失效位置在戊烷進出口

一、隔膜失效形式

計量泵隔膜破總計有三種破裂失效形式，圖1 是隔膜破裂失效位置在戊烷進出口位置，隔膜沿著戊烷進出口撕裂失效，這種失效形式的隔膜使用壽命不超過7天。圖2 是隔膜破裂失效位置在泵頭壓蓋位置，隔膜沿著壓蓋環(huán)形位置撕裂失效，這種失效形式的隔膜使用壽命約2年。圖3 是隔膜破裂失效位置在活塞與壓蓋中間位置，從壓蓋環(huán)形位置向內(nèi)延伸撕裂失效，這種失效形式的隔膜使用壽命約15～45 天。

二、隔膜破裂原因分析

圖2 失效位置在泵頭壓蓋

如圖4，當(dāng)活塞向左運動時，推盤帶動定位銷向左運動，定位銷驅(qū)動錐面控制銷向左運動，推桿下沉，補油閥打開補油。更換隔膜裝配時，調(diào)整定位銷，安裝錐面控制銷、推桿以及補油閥，補油閥用鎖緊螺母鎖死，此時，每次從油箱加入補油量恒定，定位銷安裝位置不同，可以改變補油閥的補油量。

圖3 失效位置在活塞與壓蓋中間

圖4 隔膜失效分析圖

圖5 是定位銷安裝圖，定位銷的凸出長度為S，長度S 決定補油閥的補油量。經(jīng)過對計量泵隔膜多次破裂失效分析，定位銷安裝位置的不同決定了隔膜使用的壽命。

（1）當(dāng)定位銷安裝凸出長度S＜0.25mm 時，活塞向左運動時，定位銷驅(qū)動錐形控制銷向左運動的位移較小，推桿下沉位移較小，補油量不夠，這時，計量泵不打量或打量不夠，隔膜不會破裂失效。

（2）當(dāng)定位銷安裝凸 出 長 度 S=0.25～0.55mm 時，活塞向左運動時，定位銷驅(qū)動錐形控制銷向左運動的位移適中，推桿下沉位移適中，補油量較好，這時，計量泵運行正常，隔膜使用壽命在一年以上，最終發(fā)生疲勞失效。

（3）當(dāng)定位銷凸出長度S 在0.55～0.7mm 時，活塞向左運動時，定位銷驅(qū)動錐形控制銷向左運動的位移較大，推桿下沉位移較大，補油量較多，產(chǎn)生輕微涌浪式補油。這時計量泵開始運行正常，運行約一周后，一層隔膜失效，兩周后隔膜破裂。

（4）當(dāng)定位銷安裝凸出長度S＞0.55mm 時，活塞向左運動時，定位銷驅(qū)動錐形控制銷向左運動的位移較大，推桿下沉位移較大，補油量較多，產(chǎn)生嚴重涌浪式補油，造成液壓室超壓，這時計量泵開始運行正常，一天后隔膜破裂失效。

圖5 定位銷安裝圖

三、結(jié)論

計量泵隔膜共三層，材料為不銹鋼312L，為了增強隔膜的耐低溫性、耐腐蝕性和韌性，將隔膜材料更換為不銹鋼316L，使用效果不明顯。

該泵介質(zhì)是由螺桿壓縮機冷卻，為防止介質(zhì)氣化，避免氣態(tài)介質(zhì)進入計量泵入口后對隔膜產(chǎn)生不可預(yù)知的破壞作用，可調(diào)整工藝條件，降低螺桿壓縮機冷卻溫度，降低介質(zhì)溫度并對進口管線進行保冷處理，但效果也不明顯。

經(jīng)過分析研究，找出泵隔膜頻繁失效原因為定位銷調(diào)整補油量不合理，為防止重復(fù)事故的發(fā)生，建議：①嚴格按照定位銷定位尺寸進行裝配，防止補油閥補油不足或過量，造成該泵不打量或隔膜破裂失效。②安裝裝配隔膜時，清理干凈泵內(nèi)雜質(zhì)，清洗干凈后再進行裝配，防止雜質(zhì)進入泵體，影響泵體元件的正常工作。③使用國產(chǎn)化隔膜配件，國產(chǎn)化配件價格為進口的1/4，經(jīng)過試用，使用效果較好。