顆粒介質(zhì)計(jì)量泵管線振動(dòng)原因分析及對(duì)策

程傳成

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南平頂山 467000）

1 問題

計(jì)量泵是流體輸送機(jī)械的一種,使用計(jì)量泵可以同時(shí)完成輸送、調(diào)節(jié)和計(jì)量功能，以簡(jiǎn)化工藝生產(chǎn)流程。尤其是隔膜式計(jì)量泵，由于其零泄漏的特點(diǎn)，非常適用于輸送高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆、有毒有害介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于石化、化工、制藥等領(lǐng)域。由于計(jì)量泵偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原因，其流量和壓力周期變化產(chǎn)生的脈動(dòng)，易引起設(shè)備進(jìn)出口管線振動(dòng)，進(jìn)而引起設(shè)備振動(dòng)，加速設(shè)備損壞。

某公司核心裝置催化劑再生泵為國(guó)外進(jìn)口臥式3 缸高壓隔膜式計(jì)量泵，輸送介質(zhì)為Ru-Zn 催化劑和氧化鋯的漿液狀混合物，固體含量9%，粒度直徑0.05 mm，其余主要為水溶液；溫度（100～140）℃，密度1.121 g/m3，黏度0.97 MPa.s，進(jìn)口壓力0.3 MPa，出口壓力5.5 MPa,泵額定流量15 000 L/h，出口安裝6.3 L 氣囊式脈動(dòng)阻尼器。該泵啟動(dòng)運(yùn)行后進(jìn)出口管線振動(dòng)大，出口壓力表在0.8 MPa 之間波動(dòng)，管線振動(dòng)帶動(dòng)設(shè)備振動(dòng)，兩種振動(dòng)疊加和相互影響，加速了設(shè)備損壞。出口脈動(dòng)阻尼器每10～15 d 氣囊便破損需更換，已成為影響設(shè)備安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸問題。設(shè)備經(jīng)常維修，大大提高工人勞動(dòng)量和設(shè)備維修費(fèi)用，同時(shí)泄漏的催化劑價(jià)格昂貴且有毒有害，污染環(huán)境。

2 原因分析

2.1 出口脈動(dòng)阻尼器

原泵采用氣囊式脈動(dòng)阻尼器（圖1），氣囊式脈動(dòng)阻尼器國(guó)產(chǎn)化后氣囊材質(zhì)選用丁腈橡膠，普通丁腈橡膠工作溫度適用范圍（-20～+110）℃，該工況介質(zhì)溫度下易軟化老化。另一方面，泵輸送介質(zhì)為含有硬質(zhì)顆粒的漿液狀混合物，由于3 缸計(jì)量泵曲軸上3 個(gè)曲柄彼此相錯(cuò)120°，存在輸送介質(zhì)流量不均勻的特點(diǎn)，不均勻的流速加速硬質(zhì)顆粒漿液對(duì)氣囊的沖蝕，因氣囊損壞而10～15 d 便需更換一個(gè)脈動(dòng)阻尼器，為降低備件費(fèi)用，只更換脈動(dòng)阻尼器氣囊，殼體利舊使用。但由于氣囊式脈動(dòng)阻尼器殼體底部物料進(jìn)口較小，脈動(dòng)阻尼器閥組與氣囊安裝難度大，組裝一臺(tái)需3 h。

圖1 氣囊式脈動(dòng)阻尼器

2.2 工藝沖洗操作

該泵進(jìn)口管線公稱直徑DN100，出口管線公稱直徑DN80，由于催化劑漿液由6 m 高處的進(jìn)料罐液位勢(shì)差灌液，水平管線敷設(shè)7 m，催化劑顆粒在重力作用下沉降并黏附在進(jìn)出口管線的底部，長(zhǎng)期沉積后使入口液體流量不均勻，經(jīng)泵吸入輸送后易使泵汽化而引起設(shè)備管線振動(dòng)。設(shè)備定期切換或檢修工藝處理時(shí)僅用0.4 MPa 的工業(yè)用水沖洗置換管線，由于進(jìn)出口單向閥閥球的重力作用和催化劑漿液黏性大，用工業(yè)用水無法沖洗干凈進(jìn)出口管線內(nèi)的催化劑顆粒漿液。

2.3 設(shè)備進(jìn)出口單向閥

原設(shè)備進(jìn)出口單向閥閥芯閥座材料均為022Cr17Ni12Mo2，閥芯閥座設(shè)計(jì)為帶倒角的板式結(jié)構(gòu)，閥板與閥座形成的密封面為面密封。在設(shè)備運(yùn)行過程中，含有一定硬質(zhì)顆粒的漿料極易聚集在閥板與閥座的密封面處，形成內(nèi)漏，同時(shí)閥球與閥座長(zhǎng)期在硬質(zhì)顆粒的沖蝕下形成點(diǎn)蝕和溝槽，加速單向閥內(nèi)漏，造成流量和壓力不均勻，使進(jìn)出口管線產(chǎn)生振動(dòng)。

3 改進(jìn)措施

3.1 設(shè)備出口管線脈動(dòng)阻尼器改型

將氣囊式脈動(dòng)阻尼器改為含網(wǎng)板的隔膜式脈動(dòng)阻尼器（圖2），將丁腈橡膠氣囊材質(zhì)改為改性聚四氟乙烯隔膜，改性聚四氟乙烯材質(zhì)工作溫度適用范圍（-200～+200）℃，能滿足介質(zhì)工作溫度要求。由于該泵出口壓力高，為緩沖出口硬質(zhì)顆粒漿液對(duì)改性聚四氟乙烯的沖蝕，隔膜式脈動(dòng)阻尼器物料側(cè)增設(shè)3 mm 厚的網(wǎng)板，網(wǎng)板上均勻鉆Φ1.5 mm 小孔，有效緩沖吸收脈動(dòng)壓力和流量。通過將氣囊式脈動(dòng)阻尼器改為含網(wǎng)板的隔膜式脈動(dòng)阻尼器，該泵出口脈動(dòng)阻尼器的檢修周期延長(zhǎng)至3～4 個(gè)月，為減少備件費(fèi)用消耗，含網(wǎng)板的隔膜式脈動(dòng)阻尼器損壞時(shí)，只更換易損件隔膜膜片。由于剖分式隔膜阻尼器易于拆裝，更換一件隔膜膜片只需20～25 min，大大降低了作業(yè)難度，提高了工作效率。

圖2 隔膜式脈動(dòng)阻尼器結(jié)構(gòu)

3.2 提高沖洗水壓力，改進(jìn)工藝沖洗操作方法

將0.4 MPa 的工業(yè)用水改為經(jīng)增壓泵增壓至0.8 MPa 的高純水。將原設(shè)備定期切換、檢修工藝處理時(shí)沖洗置換管線改為每個(gè)月定期沖洗置換一次，將進(jìn)出口管線內(nèi)的催化劑漿液顆粒沖洗干凈，減輕由于催化劑顆粒沉積管線底部而引起的流量波動(dòng)。

3.3 設(shè)備進(jìn)出口單向閥改進(jìn)

將原板式閥芯改為3 球式多孔閥芯，閥座材料由022Cr17Ni12Mo2 改為硬度更高的陶瓷材料。隨著閥芯型式的改變，密封面由面密封變?yōu)榫€密封，消除了催化劑積聚形成的閥門內(nèi)漏；同時(shí)將單板式閥芯改為3 球式多孔閥芯，減緩硬質(zhì)顆粒漿料對(duì)閥球的沖蝕，球閥動(dòng)作更靈敏，大大提高了泵的效率。

4 改進(jìn)效果

通過硬質(zhì)顆粒漿料計(jì)量泵出口脈動(dòng)阻尼器結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn)，管線沖洗置換操作方法和進(jìn)出口單向閥的改進(jìn)，有效緩解了泵管線的脈動(dòng)，減少管路和設(shè)備因介質(zhì)流量、壓力波動(dòng)而帶動(dòng)的沖擊，優(yōu)化了設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，對(duì)泵的工作性能進(jìn)行完善修復(fù)，出口阻尼器的檢修周期由平均15 d 延長(zhǎng)至90 d 以上，延長(zhǎng)了進(jìn)出口單向閥使用壽命，改進(jìn)取得了良好效果。