趙時(shí)超

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ， 河南 平頂山 467000 )

計(jì)量泵是石油化工行業(yè)中的主要流體輸送機(jī)械，因在使用過(guò)程中可同時(shí)完成輸送、計(jì)量和調(diào)節(jié)功能，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程而被廣泛應(yīng)用。計(jì)量泵按液力端結(jié)構(gòu)形式可分為柱塞式計(jì)量泵和隔膜式計(jì)量泵。河南神馬尼龍化工公司一核心裝置2#己二腈加氫反應(yīng)器進(jìn)料泵為進(jìn)口設(shè)備，系臥式三缸高壓柱塞式計(jì)量泵，該泵輸送介質(zhì)為己二腈溶液、氫氧化鈉溶液和含有硬質(zhì)顆粒的催化劑溶液(其中硬質(zhì)顆粒直徑為30～35 μm)。該柱塞式計(jì)量泵柱塞密封為填料密封，在泵運(yùn)行過(guò)程中柱塞與物料接觸，含有硬質(zhì)顆粒的物料被帶進(jìn)柱塞和填料之間，存在柱塞容易被拉毛、填料磨損快和物料沿柱塞頻繁泄漏的難題。密封填料的頻繁泄漏需頻繁切換設(shè)備更換柱塞填料，10天左右需維修一次。備件消耗量大，同時(shí)泄漏的己二腈為進(jìn)口原料，價(jià)格昂貴且有毒有害，污染環(huán)境，有損職工身心健康，已成為影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的大問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

隔膜式計(jì)量泵用隔膜取代活塞，實(shí)現(xiàn)了被計(jì)量流體與驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)之間的隔離，非常適用輸送含有顆粒、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆、有毒有害的介質(zhì)，本次技術(shù)改造就是在原泵的基礎(chǔ)上參照3#己二腈加氫反應(yīng)器進(jìn)料隔膜式計(jì)量泵將柱塞式泵頭改為隔膜式泵頭，消除柱塞與填料間的泄漏，同時(shí)滿足生產(chǎn)物料的輸送計(jì)量要求。

1 技術(shù)改造主要內(nèi)容

①在原柱塞式計(jì)量泵上不改變電機(jī)和驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)部分，只對(duì)泵頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，由柱塞式計(jì)量泵向隔膜式計(jì)量泵改型。②隔膜泵頭采用雙層隔膜結(jié)構(gòu)，且雙層隔膜中間增加了過(guò)濾網(wǎng)。③隔膜液壓油系統(tǒng)安裝有溢流閥、單向補(bǔ)油閥和排氣閥。④泵頭設(shè)計(jì)了隔膜測(cè)漏報(bào)警系統(tǒng)。

2 設(shè)備改型需解決的問(wèn)題

柱塞式計(jì)量泵和隔膜式計(jì)量泵(以下簡(jiǎn)稱柱塞泵和隔膜泵)的主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 柱塞泵和隔膜泵的主要參數(shù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)柱塞泵和隔膜泵主要參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：①柱塞泵和隔膜泵電機(jī)參數(shù)均為37 kW，柱塞泵轉(zhuǎn)速1 480 r/min，隔膜泵轉(zhuǎn)速1 475 r/min，相差不多，可以略去不計(jì)。②隔膜泵泵頭和柱塞泵泵頭直徑不一致，柱塞泵泵頭直徑為220 mm，隔膜泵泵頭直徑為400 mm。③柱塞泵和隔膜泵柱塞直徑不一致，柱塞泵柱塞直徑100 mm，隔膜泵柱塞直徑90 mm，更改隔膜泵后，設(shè)備輸送流量會(huì)降低。④柱塞泵和隔膜泵柱塞沖擊頻率不一致，柱塞泵沖擊頻率為108次/min，隔膜泵沖擊頻率142次/min，在柱塞泵改型為隔膜泵頭后，設(shè)備輸送能力會(huì)下降。

2.1 兩泵參數(shù)不一致需解決的問(wèn)題

2.1.1隔膜泵泵頭和柱塞泵泵頭直徑不一致問(wèn)題

柱塞泵泵頭直徑220 mm，隔膜泵泵頭直徑400 mm，泵頭尺寸按隔膜泵泵頭尺寸加工、制造，即需在柱塞泵中間腔殼體上按照隔膜泵泵頭螺栓均布情況重新配鉆螺栓孔。柱塞泵和隔膜泵柱塞直徑不一致導(dǎo)致泵輸送流量下降問(wèn)題。泵行程100 mm，柱塞直徑分別為90 mm和100 mm，泵沖擊頻率為108次/min，泵理論流量計(jì)算公式如下：

式中，qv，理論流量；z，液缸數(shù)；A，柱塞截面積；s，行程；n，沖擊頻率。

計(jì)算Φ90 mm柱塞泵理論流量為：

=0.003 433 59 m3/s

=12.360 924 m3/h

計(jì)算Φ100 mm柱塞泵理論流量為：

=0.004 239 m3/s

=15.260 4 m3/h

將柱塞直徑由100 mm改造為90 mm后泵流量下降百分?jǐn)?shù)為：

(qv100-qv90)÷qv100×100%=19%

即在原柱塞泵基礎(chǔ)上將柱塞直徑由100 mm改型為90 mm的情況下泵的流量將下降19%。隔膜泵額定流量為15 m3/h，柱塞直徑減小泵流量將下降19%，即15×0.19=2.85 m3/h。

2.1.2改型后輸送能力下降問(wèn)題

柱塞泵和隔膜泵沖擊頻率不一致，改型后設(shè)備輸送能力會(huì)下降。柱塞直徑為90 mm，沖擊頻率為142次/min，行程為100 mm時(shí)計(jì)量泵理論流量：

=0.004 514 535 m3/s

=16.252 326 m3/h

柱塞直徑為90 mm，沖擊頻率為108次/min，行程為100 mm時(shí)計(jì)量泵理論流量：

=0.003 433 59 m3/s

=12.360 924 m3/h

沖擊頻率由142次/min調(diào)整到108次/min時(shí)的流量降低比為：

(qv142-qv108)÷qv142×100%≈24%

即：柱塞沖擊頻率由142次/min下降為108次/min時(shí)，流量將下降比約24%。隔膜泵額定流量為15 m3/h，泵沖擊頻率降低流量下降24%，即15×0.24=3.6 m3/h。

2.2 改型后實(shí)際流量

柱塞泵原額定流量為14.5 m3/h，由于柱塞直徑和沖擊頻率降低，改型后原泵實(shí)際流量Q實(shí)=14.5-2.85-3.6=8.05 m3/h，低于泵的額定流量，不能滿足裝置生產(chǎn)要求。

3 技改措施

3.1 通過(guò)提升柱塞沖擊頻率解決泵輸送能力不足問(wèn)題

由2.1計(jì)算所知，改型后泵最大的輸送量約為8.05 m3/h，不能滿足裝置14.5 m3/h原料供應(yīng)輸送要求。由流量計(jì)算公式可知，流量的變化由公式中的幾個(gè)主要因素影響，對(duì)z、A、s更改的話，技改實(shí)施難度較大，且周期長(zhǎng)，不利于設(shè)備的正常備機(jī)、穩(wěn)定運(yùn)行。但對(duì)沖擊頻率進(jìn)行更改現(xiàn)場(chǎng)可滿足實(shí)施條件，即提高其沖擊頻率，具體內(nèi)容如下：

3.1.1傳動(dòng)比計(jì)算

柱塞泵電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 475 r/min，沖擊頻率為108，即傳動(dòng)比i為：

3.1.2轉(zhuǎn)速計(jì)算

根據(jù)三相電機(jī)轉(zhuǎn)速公式

式中，n，轉(zhuǎn)速；f，頻率；p，極對(duì)數(shù)。

對(duì)于公式中所涉及的參數(shù)，p是電機(jī)本身不可更改參數(shù)，無(wú)法實(shí)施。f，國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)頻率分別為50 Hz和60 Hz，所以可將頻率提升為60 Hz。

即原柱塞泵：

p=3 000/1 475≈2

頻率提升為60 Hz，同步轉(zhuǎn)速n為：

3.1.3提頻率后的n計(jì)算

n≈132

3.1.4泵性能提升評(píng)定計(jì)算

依據(jù)理論平均流量公式，計(jì)算60 Hz時(shí)的理論平均流量為：

=0.004 196 6 m3/s

=15.107 796 m3/h

即泵最大輸出量大于原泵的額定流量，通過(guò)泵出口管線流量調(diào)節(jié)閥可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和回流閥開(kāi)度的控制，滿足現(xiàn)場(chǎng)裝置生產(chǎn)負(fù)荷要求，同時(shí)為裝置進(jìn)一步提升產(chǎn)能打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 隔膜泵頭采用了雙層隔膜、過(guò)濾網(wǎng)和隔膜測(cè)漏報(bào)警系統(tǒng)

①隔膜泵頭采用雙層隔膜，分別為油壓側(cè)隔膜和物料側(cè)隔膜，當(dāng)油壓側(cè)隔膜或物料側(cè)隔膜破損時(shí)，還有另一層隔膜延續(xù)運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)物料和液壓油互竄的現(xiàn)象。②雙層隔膜之間有粗、細(xì)過(guò)濾網(wǎng)，物料側(cè)隔膜破損后，含有硬質(zhì)顆粒的物料介質(zhì)需先經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)才能到達(dá)油壓側(cè)隔膜和壓力報(bào)警系統(tǒng)，這樣防止介質(zhì)對(duì)隔膜或壓力報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)生影響。③隔膜測(cè)漏報(bào)警系統(tǒng)分為DCS控制臺(tái)壓力報(bào)警和現(xiàn)場(chǎng)壓力表檢測(cè)，當(dāng)隔膜出現(xiàn)破裂，雙層隔膜間的壓力升高，DCS控制臺(tái)出現(xiàn)警報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)壓力表出現(xiàn)指示，可以保證DCS操作人員和現(xiàn)場(chǎng)操作巡檢人員不會(huì)錯(cuò)過(guò)故障的監(jiān)控和及時(shí)有效處理。

3.3 隔膜泵頭液壓油系統(tǒng)設(shè)置了溢流閥、單向補(bǔ)油閥和排氣閥

液壓油系統(tǒng)溢流閥安裝在液壓油腔兩側(cè)，當(dāng)泵頭壓力或柱塞函內(nèi)油壓超過(guò)溢流閥起跳壓力時(shí)，溢流閥將自動(dòng)開(kāi)啟，排放液壓油泄壓，避免隔膜因高壓而破裂。另外還能防止出口單向閥裝反、出口管路誤操作關(guān)閉或出口管線受阻而介質(zhì)壓力高破壞設(shè)備系統(tǒng)。當(dāng)柱塞函中的壓力由于液壓油減少而導(dǎo)致油壓降低時(shí)，單向補(bǔ)油閥開(kāi)啟，自液壓油腔向柱塞函內(nèi)補(bǔ)油，從而保障柱塞函內(nèi)的油壓，即保障油液隨柱塞的往復(fù)驅(qū)動(dòng)使隔膜變形實(shí)現(xiàn)物料的吸入和壓出。液壓油系統(tǒng)內(nèi)夾雜的氣體會(huì)隨著排氣閥自動(dòng)排出。

4 結(jié)論

改型為隔膜泵后，消除了柱塞泵填料頻繁泄漏問(wèn)題，減少了顆粒介質(zhì)對(duì)泵運(yùn)行狀況的影響，使設(shè)備的檢修周期由10天延長(zhǎng)至6個(gè)月以上；提高了設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，極大地節(jié)約了進(jìn)口設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了己二腈加氫系統(tǒng)設(shè)備的安全環(huán)保隱患，為裝置安全清潔長(zhǎng)周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為同類設(shè)備改型提供了技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)借鑒。