三柱塞往復(fù)式高壓泵在使用過程中的改造完善

閆俊杰

（中國石化催化劑長嶺分公司，湖南岳陽414000）

三柱塞往復(fù)式高壓泵（簡(jiǎn)稱高壓泵）是噴霧干燥工藝中不可缺少的設(shè)備，同時(shí)也是生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備。在生產(chǎn)過程中，高壓泵故障率長期居高不下。通過對(duì)2017年裂化劑裝置高壓泵P1806-2 和P1804-4 故障率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)高壓泵主要故障包括：盤根漏料、柱塞大堵頭處漏料、倒缸等。

1 高壓泵結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 高壓泵結(jié)構(gòu)

（1）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由啟?？刂葡到y(tǒng)、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)［1]。

（2）電氣部分：由電控箱和電動(dòng)機(jī)組成，電控箱內(nèi)設(shè)置交流接觸器、空氣開關(guān)等。電動(dòng)機(jī)采用星三角降壓起動(dòng)。

（3）減速傳動(dòng)部分：采用齒輪減速傳動(dòng)，減速箱的輸入和輸出軸均裝有聯(lián)軸器，分別與電動(dòng)機(jī)和曲軸連接，聯(lián)軸器處設(shè)有防護(hù)罩。

（4）動(dòng)力端：機(jī)身為箱式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為灰鑄鐵。內(nèi)部由曲軸、軸瓦、連桿和滾動(dòng)軸承組成。曲軸下部存放潤滑油，油面顯示在油鏡上，采用N68 機(jī)械油潤滑。1 根曲軸上并聯(lián)3 根連桿，3 根連桿在曲軸上相互錯(cuò)開120°，即吸液和排液依次相差1/3周期，大大地提高了排液的均勻性。

滾動(dòng)軸承采用飛濺潤滑。軸瓦采用強(qiáng)制潤滑，潤滑油由專用供油泵經(jīng)濾油器從曲軸連桿內(nèi)的油道送到各摩擦副進(jìn)行潤滑。

潤滑油泵裝有潤滑油冷卻器、濾油棒及油壓控制器，調(diào)整油壓在0.3～0.4 MPa。

（5）液力端：液力端由缸體、柱塞、穩(wěn)壓包、吸入閥、排除閥、壓力表、進(jìn)出口管線和法蘭等部件組成。

缸體為長方形不銹鋼塊鍛造而成，材質(zhì)316L，開有3 個(gè)柱塞孔，柱塞由不銹鋼或陶瓷制造，柱塞由連桿帶動(dòng)。為防止液體泄漏和空氣滲入，采用填料密封。

1.2 工作原理

電動(dòng)機(jī)與減速箱、減速箱與曲軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接，曲軸通過連桿帶動(dòng)柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞一端伸到泵體內(nèi)，當(dāng)柱塞離開泵體時(shí)，在泵體的泵腔內(nèi)產(chǎn)生低壓，物料由于外壓的作用由泵腔下部被吸入缸內(nèi)，排出閥受排出管內(nèi)介質(zhì)的壓力而關(guān)閉。當(dāng)柱塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于缸內(nèi)介質(zhì)壓力增加，吸入閥關(guān)閉，排出閥打開向外排液，物料排出。

2 故障及原因分析

2.1 盤根泄漏及原因分析

高壓泵在用柱塞有2種：氧化鋯陶瓷柱塞和不銹鋼柱塞。

柱塞密封通常采用盤根形式，一方面比較經(jīng)濟(jì)，另一方面是檢修方便。但其頻繁泄漏也成為影響高壓泵連續(xù)運(yùn)行的重要因素。在正常安裝維護(hù)的情況下，柱塞泄漏頻次高的原因主要有3個(gè)：

（1）使用普通盤根

以前使用的盤根為整卷，材質(zhì)為混紡纖維浸四氟，每次更換盤根需要檢修人員根據(jù)實(shí)際長度一根一根切割好，由于檢修人員技能水平的參差不齊，造成盤根長短不一樣、切口角度不一致，導(dǎo)致使用時(shí)盤根壽命下降。

混紡纖維材質(zhì)較軟，硬度低，易造成較硬的物料夾入盤根內(nèi)，加劇柱塞的磨損，所以每次安裝時(shí)都需要檢修人員進(jìn)行預(yù)壓，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；盤根偏長會(huì)造成盤根安裝后排列不齊，出現(xiàn)缺陷；盤根偏短及切口不一致會(huì)造成接口處密封效果差［2]。

（2）金屬柱塞設(shè)計(jì)存在缺陷

柱塞在工作中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，來回撞擊，背帽原設(shè)計(jì)沒有防松措施，經(jīng)常出現(xiàn)背帽松動(dòng)，“O”型圈損壞等現(xiàn)象。

原金屬柱塞使用的材質(zhì)為2Cr13，該材質(zhì)特點(diǎn)是硬度高，耐腐蝕性差，由于裂化劑物料pH 低，導(dǎo)致在使用過程中柱塞表面短時(shí)間內(nèi)被腐蝕，造成柱塞漏料。

（3）舊陶瓷柱塞質(zhì)量較差

由于工藝原因，舊陶瓷柱塞硬度較差，表面易損傷，且在冷卻水堵的情況下短時(shí)間內(nèi)就會(huì)炸裂。

2.2 柱塞大堵頭處漏料及原因分析

柱塞大堵頭密封圈及與其安裝配合的表面有損傷，均會(huì)導(dǎo)致泄漏。高壓泵的大堵頭既是填料箱堵頭，也是物料的通道。大堵頭前后2 道各2 個(gè)密封圈進(jìn)行圓周密封，物料從大堵頭中部及中心的孔道進(jìn)出，前道2個(gè)密封圈防止物料沿著缸體內(nèi)壁從缸體內(nèi)側(cè)泄漏；而后道的2個(gè)密封圈是防止物料沿著缸體內(nèi)壁從缸體外側(cè)壓蓋處泄漏，見圖1。

圖1 大堵頭密封圈失效泄漏途徑

高壓缸缸體和盤根箱的密封都是與大堵頭關(guān)聯(lián)，只要它們之間有一處密封面腐蝕破壞就會(huì)造成泄漏，當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時(shí)必須更換高壓缸，盤根箱和堵頭。其泄漏原因主要有2個(gè)：

（1）每次更換盤根都要拆卸大堵頭，多次反復(fù)拆裝造成大堵頭與缸體局部磨損，且在長時(shí)間使用過程中，高壓缸缸體、盤根箱和大堵頭均腐蝕磨損嚴(yán)重，他們之間的密封面被破壞，造成泄漏，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致缸體報(bào)廢。

（2）缸體設(shè)計(jì)存在缺陷，大堵頭設(shè)計(jì)雖便于檢修，但增加了密封點(diǎn)，且頻繁拆卸加速腐蝕磨損。

2.3 倒缸及原因分析

單向閥內(nèi)部物料從高壓區(qū)回流到低壓區(qū)，導(dǎo)致出口壓力波動(dòng)的現(xiàn)象稱為倒缸，內(nèi)部密封失效是單向閥倒缸的根本原因。內(nèi)部密封失效分為：尼龍球密封失效和密封圈密封失效2種［3]。

尼龍球的損壞或磨損，或是閥座孔圓弧面腐蝕或磨損，都會(huì)造成尼龍球與閥座圓弧面配合不嚴(yán)密，導(dǎo)致尼龍球密封失效。密封圈的破損、老化或磨損；與密封圈接觸的缸壁的損壞或磨損；松動(dòng)引起密封圈在閥座和限位套之間的配合間隙變大，以上3種情況均會(huì)導(dǎo)致密封圈失效。

尼龍球密封失效屬于正常磨損，不會(huì)對(duì)缸體造成影響。密封圈失效，更換不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致物料沖刷缸壁，以及密封圈與閥座在缸體內(nèi)上下蠕動(dòng)磨損缸壁，長期運(yùn)行會(huì)對(duì)缸壁造成損傷直至報(bào)廢。因此，降低倒缸頻次主要是降低密封圈損壞頻次。

3 技術(shù)改進(jìn)措施

3.1 降低盤根漏料頻次采取的措施

（1）針對(duì)普通盤根硬度低和檢修中人為因素造成的長短不一、切口不好等問題。與某密封材料有限公司共同設(shè)計(jì)了新的成型盤根。新盤根采用芳綸浸四氟，該材質(zhì)強(qiáng)度高、耐酸性好，且在制作過程中施加預(yù)壓，提高了盤根壽命。同時(shí)，新盤根長短一致，切口平整，切口處采用特殊膠水粘結(jié)，穩(wěn)定性好。

（2）針對(duì)金屬柱塞背帽沒有考慮防松的問題，把單背帽改成了雙背帽，并在柱塞上增加環(huán)形槽，安裝密封圈來解決軸向泄漏問題［4]。

針對(duì)2Cr13 耐腐蝕性差，將柱塞材質(zhì)改為316L，雖然提高了耐腐蝕性，但316L存在硬度較低的缺點(diǎn)，導(dǎo)致金屬柱塞的壽命不理想。

陶瓷柱塞有硬度高、表面光滑等特點(diǎn)，可以很好的降低盤根泄漏頻率，延長盤根和柱塞使用壽命。原陶瓷柱塞在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)表面磨損、炸裂的情況，與廠家溝通，使用了新材料、新工藝加工的陶瓷柱塞。新柱塞在試用6個(gè)月后，沒有出現(xiàn)磨損和炸裂，表面粗糙度仍然符合要求，延長了柱塞的使用壽命。

使用新型陶瓷柱塞，可以有效降低盤根泄漏率，降低檢修頻次、勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約配件成本。

3.2 解決柱塞大堵頭處漏料所采取措施

在不改變高壓缸結(jié)構(gòu)的情況下，把中間套與盤根箱的端面密封和中間套與高壓缸的圓周密封合并成1 處密封，在中間套小頭端面處車1 個(gè)170.40×4.80 mm 的凹臺(tái)，安裝180×5.7 mm 的“O”型圈，利用“O”型圈的補(bǔ)償來彌補(bǔ)高壓缸缸體、盤根箱和中間套因?yàn)楦g無法密封而泄漏頻率高的問題。改造后，密封面在腐蝕磨損的情況下，大堵頭處的漏料頻率由原來的2～3次/月降至1次/月。

2017年，P1806-2 在新缸體制造中與廠家溝通，改進(jìn)缸體設(shè)計(jì)，將高壓缸與大堵頭設(shè)計(jì)為一體，徹底消除了因大堵頭反復(fù)拆裝磨損造的泄漏問題，提高了缸體使用壽命。新缸體于2017年9月用于P1806-2，至今缸體部位未出現(xiàn)損傷。

3.3 降低倒缸頻率所采取的措施

高壓泵閥座密封圈失效、缸壁腐蝕磨損都會(huì)造成倒缸，只需把次通道完全封閉，即可保護(hù)缸壁，也可使已報(bào)廢的缸壁繼續(xù)使用［5]。

對(duì)主、次通道之間的通道，通過安裝尼龍墊片對(duì)缸體閥座的上下端面進(jìn)行密封。

安裝尼龍墊的作用，是將主次通道之間的通道封閉，主通道內(nèi)的物料就不會(huì)跑到次通道內(nèi)去了，次通道進(jìn)料后，也不會(huì)跑到主通道中去，壓力就不會(huì)波動(dòng)。

在缸壁出現(xiàn)輕微損傷的情況下，在下閥座底部安裝尼龍墊，通過調(diào)整尼龍墊的高度來讓密封圈錯(cuò)開損傷部位，形成新的密封面來消除倒缸。當(dāng)缸體損傷嚴(yán)重時(shí)，可通過在缸體底部、閥座和下限位套直接安裝尼龍墊，將單向閥的周向密封改為徑向密封，來消除倒缸，延長缸體使用壽命。

4 改造效果

通過上述改造，有效的降低了盤根箱泄漏率，延長了柱塞與盤根的壽命，降低了倒缸頻次。對(duì)缸體的改造有效延長了缸體使用壽命，見表1。

表1 實(shí)施改造后的故障率

5 結(jié)束語

通過在實(shí)際檢修過程中對(duì)高壓泵的不斷改造和完善，有效降低了高壓泵的故障率，降低了檢修頻次和勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

使用成型盤根后，在盤根更換過程中通過不斷摸索，將傳統(tǒng)的先裝柱塞后裝盤根和導(dǎo)向套的方式改進(jìn)為先裝盤根和導(dǎo)向套后裝柱塞，更換盤根的工作量由原來4人8 h降至3人3～4 h。通過單臺(tái)高壓泵多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)盤根安裝方式的改變對(duì)盤根泄漏不會(huì)造成影響，將該方法推廣至所有高壓泵的檢修中，大大降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。