颗粒介质计量泵管线振动原因分析及对策

程传成

（河南神马尼龙化工有限责任公司，河南平顶山 467000）

1 问题

计量泵是流体输送机械的一种,使用计量泵可以同时完成输送、调节和计量功能，以简化工艺生产流程。尤其是隔膜式计量泵，由于其零泄漏的特点，非常适用于输送高温高压、腐蚀性强、易燃易爆、有毒有害介质，广泛应用于石化、化工、制药等领域。由于计量泵偏心传动机构的结构原因，其流量和压力周期变化产生的脉动，易引起设备进出口管线振动，进而引起设备振动，加速设备损坏。

某公司核心装置催化剂再生泵为国外进口卧式3 缸高压隔膜式计量泵，输送介质为Ru-Zn 催化剂和氧化锆的浆液状混合物，固体含量9%，粒度直径0.05 mm，其余主要为水溶液；温度（100～140）℃，密度1.121 g/m3，黏度0.97 MPa.s，进口压力0.3 MPa，出口压力5.5 MPa,泵额定流量15 000 L/h，出口安装6.3 L 气囊式脉动阻尼器。该泵启动运行后进出口管线振动大，出口压力表在0.8 MPa 之间波动，管线振动带动设备振动，两种振动叠加和相互影响，加速了设备损坏。出口脉动阻尼器每10～15 d 气囊便破损需更换，已成为影响设备安全稳定长周期运行的瓶颈问题。设备经常维修，大大提高工人劳动量和设备维修费用，同时泄漏的催化剂价格昂贵且有毒有害，污染环境。

2 原因分析

2.1 出口脉动阻尼器

原泵采用气囊式脉动阻尼器（图1），气囊式脉动阻尼器国产化后气囊材质选用丁腈橡胶，普通丁腈橡胶工作温度适用范围（-20～+110）℃，该工况介质温度下易软化老化。另一方面，泵输送介质为含有硬质颗粒的浆液状混合物，由于3 缸计量泵曲轴上3 个曲柄彼此相错120°，存在输送介质流量不均匀的特点，不均匀的流速加速硬质颗粒浆液对气囊的冲蚀，因气囊损坏而10～15 d 便需更换一个脉动阻尼器，为降低备件费用，只更换脉动阻尼器气囊，壳体利旧使用。但由于气囊式脉动阻尼器壳体底部物料进口较小，脉动阻尼器阀组与气囊安装难度大，组装一台需3 h。

2.2 工艺冲洗操作

该泵进口管线公称直径DN100，出口管线公称直径DN80，由于催化剂浆液由6 m 高处的进料罐液位势差灌液，水平管线敷设7 m，催化剂颗粒在重力作用下沉降并黏附在进出口管线的底部，长期沉积后使入口液体流量不均匀，经泵吸入输送后易使泵汽化而引起设备管线振动。设备定期切换或检修工艺处理时仅用0.4 MPa 的工业用水冲洗置换管线，由于进出口单向阀阀球的重力作用和催化剂浆液黏性大，用工业用水无法冲洗干净进出口管线内的催化剂颗粒浆液。

图1 气囊式脉动阻尼器

2.3 设备进出口单向阀

原设备进出口单向阀阀芯阀座材料均为022Cr17Ni12Mo2，阀芯阀座设计为带倒角的板式结构，阀板与阀座形成的密封面为面密封。在设备运行过程中，含有一定硬质颗粒的浆料极易聚集在阀板与阀座的密封面处，形成内漏，同时阀球与阀座长期在硬质颗粒的冲蚀下形成点蚀和沟槽，加速单向阀内漏，造成流量和压力不均匀，使进出口管线产生振动。

3 改进措施

3.1 设备出口管线脉动阻尼器改型

将气囊式脉动阻尼器改为含网板的隔膜式脉动阻尼器（图2），将丁腈橡胶气囊材质改为改性聚四氟乙烯隔膜，改性聚四氟乙烯材质工作温度适用范围（-200～+200）℃，能满足介质工作温度要求。由于该泵出口压力高，为缓冲出口硬质颗粒浆液对改性聚四氟乙烯的冲蚀，隔膜式脉动阻尼器物料侧增设3 mm 厚的网板，网板上均匀钻Φ1.5 mm 小孔，有效缓冲吸收脉动压力和流量。通过将气囊式脉动阻尼器改为含网板的隔膜式脉动阻尼器，该泵出口脉动阻尼器的检修周期延长至3～4 个月，为减少备件费用消耗，含网板的隔膜式脉动阻尼器损坏时，只更换易损件隔膜膜片。由于剖分式隔膜阻尼器易于拆装，更换一件隔膜膜片只需20～25 min，大大降低了作业难度，提高了工作效率。

图2 隔膜式脉动阻尼器结构

3.2 提高冲洗水压力，改进工艺冲洗操作方法

将0.4 MPa 的工业用水改为经增压泵增压至0.8 MPa 的高纯水。将原设备定期切换、检修工艺处理时冲洗置换管线改为每个月定期冲洗置换一次，将进出口管线内的催化剂浆液颗粒冲洗干净，减轻由于催化剂颗粒沉积管线底部而引起的流量波动。

3.3 设备进出口单向阀改进

将原板式阀芯改为3 球式多孔阀芯，阀座材料由022Cr17Ni12Mo2 改为硬度更高的陶瓷材料。随着阀芯型式的改变，密封面由面密封变为线密封，消除了催化剂积聚形成的阀门内漏；同时将单板式阀芯改为3 球式多孔阀芯，减缓硬质颗粒浆料对阀球的冲蚀，球阀动作更灵敏，大大提高了泵的效率。

4 改进效果

通过硬质颗粒浆料计量泵出口脉动阻尼器结构和材料的改进，管线冲洗置换操作方法和进出口单向阀的改进，有效缓解了泵管线的脉动，减少管路和设备因介质流量、压力波动而带动的冲击，优化了设备运行环境，对泵的工作性能进行完善修复，出口阻尼器的检修周期由平均15 d 延长至90 d 以上，延长了进出口单向阀使用寿命，改进取得了良好效果。