提高LDPE裝置超高壓柱塞泵填料使用周期探索

范長白，范鐵生，于智慧

（大慶石化公司，黑龍江 大慶 163714）

0 引言

某石化公司塑料廠20 萬t/a 高壓低密度聚乙烯裝置采用德國Basll 公司LUPOTECHTR 專利技術，由意大利TECNIMONT 公司承建，裝置于2005 年7 月建成投用。該裝置具有5 臺超高壓柱塞泵，作用為向反應器注入過氧化物引發劑，是裝置生產所必須滿足的條件之一，裝置投產6a 來，該泵的柱塞處高壓填料密封使用周期很短，平均只有30 d 即開始大量泄漏，必須停機檢修，嚴重地制約了裝置的長周期生產。針對此情況，通過多年的實踐研究，找到了高壓填料使用周期短的原因并采取了有效的解決辦法，極大地提高了高壓填料密封的使用周期，切實地保證了裝置生產，創造了較好的經濟效益。

1 高壓柱塞泵原理介紹

泵性能參數見表1。

高壓柱塞泵分為低壓液壓油系統和高壓泵頭系統兩個部分，低壓液壓油系統通過斜盤式柱塞泵向高壓泵頭的液壓缸注入0～10 MPa 的液壓油，液壓缸內活塞面積與高壓柱塞桿面積比為36.18∶1，從而實現增壓的目的，其原理如圖1 所示。

表1 高壓柱塞泵參數表

圖1 液壓缸增壓原理圖

2 故障現象

1）更換高壓填料后投用即突然大量泄漏；

2）更換高壓填料后投用30 天內便突然大量泄漏。

3 故障分析

通過對歷次檢修過程的認真分析可以確認檢修過程完全符合設備檢修要求，不存在檢修質量問題。所使用的備件全部為設備原廠備件，也不存在質量問題，因此排除以上原因進行分析。

1）對故障現象1 描述的情況通過對損壞的填料進行分析，發現高壓填料外觀沒有明顯損壞，高壓填料與柱塞的配合較為松弛，由于此時處于冬季，氣溫在-20℃以下，因此考慮低溫對高壓填料性能造成影響，于是對高壓填料進行了在溫度分別為-20℃、-10℃、0℃，10℃、20℃各存放30 min 的試驗，發現溫度每降低10℃高壓填料內徑增大0.10 mm。在10℃時高壓填料內徑與柱塞直徑均為φ16.0 mm，因此可以判定是低溫運輸造成了高壓填料內徑增大使密封失效。

2）對故障現象2 描述的情況通過對損壞的填料進行分析，發現高壓填料已經出現斷裂，屬于瞬間失效。柱塞表面干澀，正常情況下柱塞在往復運動時要能形成有效的油膜為高壓填料提供良好的潤滑，柱塞表面應為光滑潔凈的。柱塞尾部具有一個潤滑油密封腔如圖2 所示，正常情況下腔內存有壓力為0.02 MPa 的潤滑油，柱塞通過該潤滑油腔使柱塞表面形成一層薄薄的油膜，該油膜的完好是保證高壓填料正常使用的最重要條件。對該潤滑油腔解體后發現腔內沒有潤滑油，因此柱塞沒有得到良好的潤滑是高壓填料使用周期短的原因。

圖2 高壓泵頭結構圖

4 解決辦法

1）保證高壓填料在運輸過程和使用環境的溫度要大于10℃。

2）保證柱塞具有良好的潤滑。該潤滑油腔為下方注油，上方有1 個卸壓閥控制腔內壓力在0.02 MPa，注油量為柱塞往復運動20 次注油1 次，每次注油0.05 mL，腔內兩側有密封環。由于間歇性注油并且注油量很小，當潤滑油注油泵故障或潤滑油腔兩側密封環泄漏時，潤滑油腔內便不會充滿油，無法為柱塞提供良好潤滑。而泵原設計沒有檢測潤滑油腔內壓力的設施，因此需要設計制作能夠實時監測潤滑油腔內是否充滿油的設施。

a.潤滑油腔實時監測器設計。由于潤滑油腔需要保持0.02 MPa 的壓力，并且能夠將注油泵供應的多余油釋放，于是將設計監測器安裝在潤滑腔上方排放口位置。

b.注油檢測器原理。當注油泵向潤滑油腔注油一次時，如果腔內充滿油則多余的油會沿排放口頂開閥頭，使閥打開排出潤滑油。當腔內壓力達到0.02 MPa 時，閥頭在彈簧力（彈簧設定0.02 MPa）作用下使閥關閉，當閥頭頂開時會將其上方鋼球向上彈起，如圖3 所示。閥頭回座后鋼球會緩慢回落（底部有油），由于檢測器殼體采用有機玻璃材質，因此當柱塞運動20 次，如果可以看到監測器內鋼球彈起回落1 次，則說明柱塞潤滑良好，否則需要維修。

圖3 注油實時監測器效果圖

3）預知維修。通過運轉4 a 的經驗，總結出在潤滑情況良好及224.5 MPa 的出口壓力下高壓填料可以使用165 d，因此當高壓填料使用時間達到150 d 時即進行切換檢修，從而避免對生產的影響。

5 效果驗證

1）通過保證高壓填料在運輸過程和使用環境的溫度要大于10℃的方法，6 a 來沒有出現1 次高壓填料后投用時突然大量泄漏的情況。

2）在使用潤滑油腔注油實時監測器后，在發現潤滑有問題即處理的6 a 時間里，高壓填料使用周期最少在150 d，一般在165 d 左右。

6 結語

通過對高壓填料在運輸過程和使用環境中溫度的保證，以及使用潤滑油腔注油實時監測器來保證柱塞的良好潤滑后，極大地提高了該泵高壓填料的使用周期，切實保證了裝置的長周期生產，產生了良好的經濟效益。

［1］Karassik I J.泵手冊［M］.3 版.陳允中，曹占友，鄧國強，等，譯.北京：中國石化出版社，2003：385-441.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.3 版.北京：化學工業出版社，2004.