計(jì)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(guó)石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯車(chē)間新疆獨(dú)山子市 833600

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聚乙烯裝置E-DS31 型計(jì)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(duì)生產(chǎn)造成重大影響。泵為德國(guó)BRAN+LUEBBR GmbH 公司制造，出口壓力2.5MPa，操作溫度-35.2℃，電機(jī)轉(zhuǎn)速2800r/min。2009年泵隔膜首次發(fā)生破裂，當(dāng)時(shí)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(zhǎng)使用壽命僅45 天，最短使用壽命3 天，為此對(duì)計(jì)量泵隔膜破裂進(jìn)行失效分析。

圖1 失效位置在戊烷進(jìn)出口

一、隔膜失效形式

計(jì)量泵隔膜破總計(jì)有三種破裂失效形式，圖1 是隔膜破裂失效位置在戊烷進(jìn)出口位置，隔膜沿著戊烷進(jìn)出口撕裂失效，這種失效形式的隔膜使用壽命不超過(guò)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(yùn)動(dòng)時(shí)，推盤(pán)帶動(dòng)定位銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)，定位銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)錐面控制銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)，推桿下沉，補(bǔ)油閥打開(kāi)補(bǔ)油。更換隔膜裝配時(shí)，調(diào)整定位銷(xiāo)，安裝錐面控制銷(xiāo)、推桿以及補(bǔ)油閥，補(bǔ)油閥用鎖緊螺母鎖死，此時(shí)，每次從油箱加入補(bǔ)油量恒定，定位銷(xiāo)安裝位置不同，可以改變補(bǔ)油閥的補(bǔ)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(xiāo)安裝圖，定位銷(xiāo)的凸出長(zhǎng)度為S，長(zhǎng)度S 決定補(bǔ)油閥的補(bǔ)油量。經(jīng)過(guò)對(duì)計(jì)量泵隔膜多次破裂失效分析，定位銷(xiāo)安裝位置的不同決定了隔膜使用的壽命。

（1）當(dāng)定位銷(xiāo)安裝凸出長(zhǎng)度S＜0.25mm 時(shí)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)錐形控制銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)的位移較小，推桿下沉位移較小，補(bǔ)油量不夠，這時(shí)，計(jì)量泵不打量或打量不夠，隔膜不會(huì)破裂失效。

（2）當(dāng)定位銷(xiāo)安裝凸 出 長(zhǎng) 度 S=0.25～0.55mm 時(shí)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)錐形控制銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)的位移適中，推桿下沉位移適中，補(bǔ)油量較好，這時(shí)，計(jì)量泵運(yùn)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(xiāo)凸出長(zhǎng)度S 在0.55～0.7mm 時(shí)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)錐形控制銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)的位移較大，推桿下沉位移較大，補(bǔ)油量較多，產(chǎn)生輕微涌浪式補(bǔ)油。這時(shí)計(jì)量泵開(kāi)始運(yùn)行正常，運(yùn)行約一周后，一層隔膜失效，兩周后隔膜破裂。

（4）當(dāng)定位銷(xiāo)安裝凸出長(zhǎng)度S＞0.55mm 時(shí)，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)錐形控制銷(xiāo)向左運(yùn)動(dòng)的位移較大，推桿下沉位移較大，補(bǔ)油量較多，產(chǎn)生嚴(yán)重涌浪式補(bǔ)油，造成液壓室超壓，這時(shí)計(jì)量泵開(kāi)始運(yùn)行正常，一天后隔膜破裂失效。

圖5 定位銷(xiāo)安裝圖

三、結(jié)論

計(jì)量泵隔膜共三層，材料為不銹鋼312L，為了增強(qiáng)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(jī)冷卻，為防止介質(zhì)氣化，避免氣態(tài)介質(zhì)進(jìn)入計(jì)量泵入口后對(duì)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(jī)冷卻溫度，降低介質(zhì)溫度并對(duì)進(jìn)口管線進(jìn)行保冷處理，但效果也不明顯。

經(jīng)過(guò)分析研究，找出泵隔膜頻繁失效原因?yàn)槎ㄎ讳N(xiāo)調(diào)整補(bǔ)油量不合理，為防止重復(fù)事故的發(fā)生，建議：①嚴(yán)格按照定位銷(xiāo)定位尺寸進(jìn)行裝配，防止補(bǔ)油閥補(bǔ)油不足或過(guò)量，造成該泵不打量或隔膜破裂失效。②安裝裝配隔膜時(shí)，清理干凈泵內(nèi)雜質(zhì)，清洗干凈后再進(jìn)行裝配，防止雜質(zhì)進(jìn)入泵體，影響泵體元件的正常工作。③使用國(guó)產(chǎn)化隔膜配件，國(guó)產(chǎn)化配件價(jià)格為進(jìn)口的1/4，經(jīng)過(guò)試用，使用效果較好。