氣動(dòng)隔膜泵在分子篩閃蒸干燥器進(jìn)料中的應(yīng)用

劉崇磊

(中國(guó)石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)、石油煉制工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境治理及其他一些工業(yè)部門中，催化劑的廣泛應(yīng)用不僅可以大幅度的提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加理想產(chǎn)品的收率，而且可以降低產(chǎn)品成本，并且能夠合成用其他方法不能制得的很多產(chǎn)品。因此，在目前的石油煉制工業(yè)中，除蒸餾、脫蠟、脫瀝青等物理分離過程中不使用催化劑外，在裂化、烷基化、聚合、異構(gòu)化、加氫精制、加氫裂化、重整、脫氫等化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，催化劑已占據(jù)了絕對(duì)統(tǒng)治地位。

FCC催化劑生產(chǎn)工藝主要是以Y型分子篩為主活性組元，與基質(zhì)黏結(jié)后噴霧干燥成型，經(jīng)焙燒、過濾洗滌、氣流干燥制備成為催化劑成品。Y型分子篩制備分為NaY分子篩合成和改性兩個(gè)過程，其中工業(yè)中普遍應(yīng)用的分子篩改性方式包括水熱法、氣相法和液相法。

由于制備分子篩和催化劑所使用原材料性質(zhì)不同，形態(tài)各異，同時(shí)在分子篩晶化、催化劑成膠等工序中還會(huì)形成流動(dòng)性差、粘度大、腐蝕性強(qiáng)的膠體或漿液，這就需要各種規(guī)格型號(hào)和性能特點(diǎn)的輸送設(shè)備來實(shí)現(xiàn)物料的順暢輸送。目前，催化劑生產(chǎn)過程中液體介質(zhì)的主要輸送設(shè)備有離心泵、三柱塞高壓泵、軟管泵、電動(dòng)單隔膜計(jì)量泵、磁力泵等；固體粉料輸送設(shè)備主要有螺旋輸送器、氣力輸送成套設(shè)備等。為防止輸送設(shè)備泄漏，減少物料損耗，采用了動(dòng)力密封、機(jī)械密封、填料密封、靜密封為主的多種密封技術(shù)和以不銹鋼、工程塑料、鋼襯材料、樹脂等優(yōu)質(zhì)的制造材料。

1 現(xiàn)狀分析

目前，分子篩制備工藝中閃蒸干燥器進(jìn)料設(shè)備采用RGB系列軟管泵，該設(shè)備通過多條壓輥連續(xù)碾壓軟管驅(qū)動(dòng)物料形成一定的壓力和流量，配合變頻器的使用實(shí)現(xiàn)分子篩漿液定量、定壓輸送。軟管泵運(yùn)行過程中，多條壓輥連續(xù)壓緊橡膠軟管，采用脂潤(rùn)滑來減少壓輥和軟管之間的滑動(dòng)摩擦力、提高軟管使用壽命。在使用時(shí)，軟管容易出現(xiàn)橡膠老化、磨損和硬化，導(dǎo)致軟管泵輸送能力下降、壓頭降低，設(shè)備效率降低，一旦出現(xiàn)破損，泄漏出的分子篩和潤(rùn)滑油混合引起潤(rùn)滑失效、且極難清理，而閃蒸干燥器將處于空載高溫狀態(tài)，引發(fā)閃蒸噴槍燒結(jié)、分子篩物料跑損、產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量下降。RGB系列軟管泵檢修周期約2個(gè)月/次。

2 氣動(dòng)隔膜泵的比選

氣動(dòng)隔膜泵是采用壓縮空氣為動(dòng)力源。屬于容積泵，虹吸高度達(dá)7 m，揚(yáng)程達(dá)50 m；流動(dòng)性能好，充許流過介質(zhì)最大顆粒直徑達(dá)10 mm；抽送泥漿、雜質(zhì)時(shí)，對(duì)泵磨損甚微；該泵抽送介質(zhì)與工作介質(zhì)完全隔開，輸送介質(zhì)不會(huì)向外泄漏；可以浸沒在介質(zhì)中工作；可輸送較粘的液體；無(wú)須用油潤(rùn)滑，即使空轉(zhuǎn)，對(duì)泵也無(wú)任何影響。使用于各種帶顆粒的液體，高粘度、易發(fā)揮、居毒的液體與腐蝕性液體及膠質(zhì)液體均不需灌引水、能予以抽光吸盡，防火防爆[2]。

氣動(dòng)隔膜泵和電動(dòng)隔膜泵的區(qū)別及優(yōu)勢(shì)：氣動(dòng)隔膜泵是用氣作為驅(qū)動(dòng)，不用電，保證設(shè)備的使用安全性高，揚(yáng)程比電動(dòng)的高，流量比電動(dòng)隔膜泵的大；占地面積?。恢亓枯p。在這里我們選用氣動(dòng)隔膜泵。

氣動(dòng)隔膜泵主要輸送的是分子篩漿液(分子篩漿液物理性質(zhì))，腐蝕性較強(qiáng)，隔膜泵材質(zhì)的選擇以優(yōu)良的耐腐蝕性為主要考慮因素。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前一般被使用到生產(chǎn)隔膜泵的材料主要有四種，第一種是塑料，其特點(diǎn)是生產(chǎn)的成本比較低，而且容易成型；第二種是鋁合金，生產(chǎn)的成本相對(duì)高一點(diǎn)，但是壽命長(zhǎng)，后期維護(hù)簡(jiǎn)單。第三種是鑄鐵，強(qiáng)度高而且可以使用的范圍比較寬廣；第四種是不銹鋼，其最大的特點(diǎn)就是不容易被腐蝕。我們選擇采用316L不銹鋼制作泵體。

隔膜片是隔膜泵的易損件，其壽命基本就是隔膜泵的運(yùn)行周期，隔膜片材質(zhì)的選擇是隔膜泵制作的重點(diǎn)。

通過對(duì)比丁晴橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯性能，聚四氟乙烯具有良好的耐腐蝕性，選擇了聚四氟乙烯隔膜膜片。

給閃蒸進(jìn)料，根據(jù)閃蒸進(jìn)料量選擇合適的泵型；閃蒸進(jìn)料量為1.2 m3/h左右。

本研究的主要工作是通過對(duì)含有預(yù)冷變形處理和不含預(yù)冷變形處理的Cu-Ni-Si材料進(jìn)行相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和疲勞實(shí)驗(yàn)來研究預(yù)冷變形加工對(duì)Cu-Ni-Si材料疲勞性能的影響。

經(jīng)過比選，最終定制的隔膜泵參數(shù)見表1。

表1 隔膜泵參數(shù)

3 在分子篩進(jìn)料裝置中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 閃蒸干燥器進(jìn)料方式

本次優(yōu)化是改變動(dòng)力泵的形式，增加穩(wěn)壓裝置的一種閃蒸干燥器進(jìn)料方式。

該進(jìn)料裝置優(yōu)化包括：進(jìn)料泵選型及部件材質(zhì)優(yōu)化、物料輸送穩(wěn)定優(yōu)化、泵壓力流量?jī)?yōu)化控制。

1)選用氣動(dòng)隔膜泵并更改部件材質(zhì)，隔膜膜片選用四氟膜片，由膜片接觸物料。

2)泵出口增加穩(wěn)壓設(shè)備，穩(wěn)定出口壓力；氣動(dòng)控制增加壓力穩(wěn)定裝置，在風(fēng)管線上加一減壓閥，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)穩(wěn)定控制。

3)氣動(dòng)控制取代電動(dòng)機(jī)，一減少了設(shè)備使用空間，二杜絕了觸電的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

4)泵出入口管線流量計(jì)、自控閥和風(fēng)管線自控閥接入分布式控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱DCS)，泵出口管線流量計(jì)與泵入口自控閥門形成流量自控聯(lián)鎖，能根據(jù)在DCS中設(shè)定的流量值自動(dòng)調(diào)節(jié)泵入口自控閥門開度，實(shí)現(xiàn)定量進(jìn)料；氣動(dòng)隔膜泵停止運(yùn)行時(shí)，物料依然可以通過泵自流進(jìn)入閃蒸干燥器，不及時(shí)關(guān)閉手動(dòng)進(jìn)料閥門，易造成閃蒸干燥器卡堵，為解決這一問題，將泵進(jìn)風(fēng)自控閥與泵入口自控閥形成自控聯(lián)鎖，當(dāng)泵進(jìn)風(fēng)自控閥開啟時(shí)，泵入口自控閥開啟，當(dāng)泵進(jìn)風(fēng)自控閥關(guān)閉時(shí)，泵入口自控關(guān)閉。

3.2 附圖及附圖的簡(jiǎn)要說明

3.2.1 圖1所示：RGB系列軟管泵示意圖

圖 1 RGB系列軟管泵示意圖

軟管泵通過壓輥碾壓橡膠軟管驅(qū)動(dòng)物料。

3.2.2 圖2所示：閃蒸干燥器分子篩進(jìn)料裝置示意圖

圖中①為泵，選用氣動(dòng)隔膜泵，氣動(dòng)隔膜泵是采用壓縮空氣為動(dòng)力源。揚(yáng)程達(dá)50 m，出口壓力、6 kgf/cm2；流動(dòng)順暢，通過性能好，充許通過最大顆粒直徑達(dá)10 mm；抽送泥漿、雜質(zhì)時(shí)，對(duì)泵磨損甚微；該泵抽送介質(zhì)與工作介質(zhì)完全隔開，輸送介質(zhì)不會(huì)向外泄漏。

圖中⑧為氣動(dòng)隔膜泵泵體，氣動(dòng)隔膜泵主要輸送的是分子篩漿液，(分子篩漿液物理性質(zhì))，腐蝕性較強(qiáng)，隔膜泵材質(zhì)的選擇以優(yōu)良的耐腐蝕性為主要考慮因素。我們選擇采用316L不銹鋼制作泵體。

圖中⑦為氣動(dòng)隔膜泵隔膜膜片，隔膜膜片是隔膜泵的易損件，其壽命基本就是隔膜泵的運(yùn)行周期，隔膜片材質(zhì)的選擇是隔膜泵制作的重點(diǎn)。聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，簡(jiǎn)寫為PTFE)，一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料”。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑?？紤]聚四氟乙烯良好的耐腐蝕性，選擇了聚四氟乙烯隔膜膜片。

圖中②為穩(wěn)壓罐，采用低進(jìn)高出形式，圓柱形罐體，有效提高泵出口管線至閃蒸干燥器噴嘴之間的有效容積、緩解壓力波動(dòng)沖擊，穩(wěn)定出口壓力；

圖中④為泵進(jìn)口自控閥，與圖中⑤進(jìn)風(fēng)自控調(diào)節(jié)閥形成聯(lián)鎖自控，當(dāng)供風(fēng)自控閥門關(guān)閉時(shí)，泵進(jìn)口自控閥關(guān)閉，當(dāng)供風(fēng)自控調(diào)節(jié)閥開啟時(shí)，泵進(jìn)口自控閥開啟；

圖中⑥為出口流量計(jì)，與圖中④泵進(jìn)料自控閥形成流量自控聯(lián)鎖，在分布式控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱DCS)中設(shè)定進(jìn)料流量，能根據(jù)設(shè)定流量值自動(dòng)調(diào)節(jié)泵入口自控閥門開度；

圖中⑨為風(fēng)管線減壓閥，因?yàn)楣╋L(fēng)壓力不穩(wěn)定，易導(dǎo)致氣動(dòng)隔膜泵運(yùn)行頻率不穩(wěn)定，造成物料輸送流量不穩(wěn)定，加一減壓閥，能穩(wěn)定風(fēng)壓，進(jìn)一步穩(wěn)定物料輸送流量

圖 2 閃蒸干燥器分子篩進(jìn)料裝置示意圖。

3.2.3 圖3所示：閃蒸干燥器噴淋效果示意圖

閃蒸干燥器的噴淋效果直接影響分子篩產(chǎn)品的質(zhì)量，噴霧顆粒大小均勻?qū)Ψ肿雍Y質(zhì)量非常重要，出口壓力穩(wěn)定，能保證分子篩顆粒的大小均勻程度，另一方面也能減少閃蒸干燥器燒槍的次數(shù)。

圖 3 閃蒸干燥器噴淋效果示意圖

4 結(jié)論

根據(jù)主要參數(shù)，選用氣動(dòng)隔膜泵，316L材質(zhì)泵體，聚四氟乙烯隔膜膜片，在泵出口增加穩(wěn)壓罐和流量計(jì)，在泵入口增加自控閥門，在供風(fēng)入口管線增加自控閥門，并形成聯(lián)鎖，應(yīng)用到分子篩生產(chǎn)過程中的給閃蒸干燥器進(jìn)料中。

(1)將進(jìn)料裝置投用后，連續(xù)正常運(yùn)行6個(gè)多月，較之前的兩個(gè)月大大延長(zhǎng)了使用壽命，閃蒸干燥器卡堵問題由月均2次減少至半年2次，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，提高了分子篩產(chǎn)量約200 t/a；

(2)氣動(dòng)隔膜泵出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)發(fā)生物料泄漏，減少了泄漏對(duì)周圍環(huán)境的污染；

(3)增加自控聯(lián)鎖和穩(wěn)壓罐，使出口壓力更加穩(wěn)定，閃蒸干燥器進(jìn)料流量波動(dòng)范圍由0.2 m3/h減小至0.1 m3/h，噴霧效果穩(wěn)定，閃蒸氣氛溫度波動(dòng)減小，分子篩顆粒大小均勻程度提高，分子篩產(chǎn)品質(zhì)量提高了一個(gè)百分點(diǎn)。