顆粒介質計量泵管線振動原因分析及對策

程傳成

（河南神馬尼龍化工有限責任公司，河南平頂山 467000）

1 問題

計量泵是流體輸送機械的一種,使用計量泵可以同時完成輸送、調節和計量功能，以簡化工藝生產流程。尤其是隔膜式計量泵，由于其零泄漏的特點，非常適用于輸送高溫高壓、腐蝕性強、易燃易爆、有毒有害介質，廣泛應用于石化、化工、制藥等領域。由于計量泵偏心傳動機構的結構原因，其流量和壓力周期變化產生的脈動，易引起設備進出口管線振動，進而引起設備振動，加速設備損壞。

某公司核心裝置催化劑再生泵為國外進口臥式3 缸高壓隔膜式計量泵，輸送介質為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 氣囊式脈動阻尼器。該泵啟動運行后進出口管線振動大，出口壓力表在0.8 MPa 之間波動，管線振動帶動設備振動，兩種振動疊加和相互影響，加速了設備損壞。出口脈動阻尼器每10～15 d 氣囊便破損需更換，已成為影響設備安全穩定長周期運行的瓶頸問題。設備經常維修，大大提高工人勞動量和設備維修費用，同時泄漏的催化劑價格昂貴且有毒有害，污染環境。

2 原因分析

2.1 出口脈動阻尼器

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

圖1 氣囊式脈動阻尼器

2.2 工藝沖洗操作

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

2.3 設備進出口單向閥

原設備進出口單向閥閥芯閥座材料均為022Cr17Ni12Mo2，閥芯閥座設計為帶倒角的板式結構，閥板與閥座形成的密封面為面密封。在設備運行過程中，含有一定硬質顆粒的漿料極易聚集在閥板與閥座的密封面處，形成內漏，同時閥球與閥座長期在硬質顆粒的沖蝕下形成點蝕和溝槽，加速單向閥內漏，造成流量和壓力不均勻，使進出口管線產生振動。

3 改進措施

3.1 設備出口管線脈動阻尼器改型

將氣囊式脈動阻尼器改為含網板的隔膜式脈動阻尼器（圖2），將丁腈橡膠氣囊材質改為改性聚四氟乙烯隔膜，改性聚四氟乙烯材質工作溫度適用范圍（-200～+200）℃，能滿足介質工作溫度要求。由于該泵出口壓力高，為緩沖出口硬質顆粒漿液對改性聚四氟乙烯的沖蝕，隔膜式脈動阻尼器物料側增設3 mm 厚的網板，網板上均勻鉆Φ1.5 mm 小孔，有效緩沖吸收脈動壓力和流量。通過將氣囊式脈動阻尼器改為含網板的隔膜式脈動阻尼器，該泵出口脈動阻尼器的檢修周期延長至3～4 個月，為減少備件費用消耗，含網板的隔膜式脈動阻尼器損壞時，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，大大降低了作業難度，提高了工作效率。

圖2 隔膜式脈動阻尼器結構

3.2 提高沖洗水壓力，改進工藝沖洗操作方法

將0.4 MPa 的工業用水改為經增壓泵增壓至0.8 MPa 的高純水。將原設備定期切換、檢修工藝處理時沖洗置換管線改為每個月定期沖洗置換一次，將進出口管線內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。

3.3 設備進出口單向閥改進

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，密封面由面密封變為線密封，消除了催化劑積聚形成的閥門內漏；同時將單板式閥芯改為3 球式多孔閥芯，減緩硬質顆粒漿料對閥球的沖蝕，球閥動作更靈敏，大大提高了泵的效率。

4 改進效果

通過硬質顆粒漿料計量泵出口脈動阻尼器結構和材料的改進，管線沖洗置換操作方法和進出口單向閥的改進，有效緩解了泵管線的脈動，減少管路和設備因介質流量、壓力波動而帶動的沖擊，優化了設備運行環境，對泵的工作性能進行完善修復，出口阻尼器的檢修周期由平均15 d 延長至90 d 以上，延長了進出口單向閥使用壽命，改進取得了良好效果。