三柱塞往復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）

三柱塞往復式高壓泵（簡稱高壓泵）是噴霧干燥工藝中不可缺少的設備，同時也是生產(chǎn)線上的關鍵設備。在生產(chǎn)過程中，高壓泵故障率長期居高不下。通過對2017年裂化劑裝置高壓泵P1806-2 和P1804-4 故障率統(tǒng)計發(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：由電控箱和電動機組成，電控箱內(nèi)設置交流接觸器、空氣開關等。電動機采用星三角降壓起動。

（3）減速傳動部分：采用齒輪減速傳動，減速箱的輸入和輸出軸均裝有聯(lián)軸器，分別與電動機和曲軸連接，聯(lián)軸器處設有防護罩。

（4）動力端：機身為箱式結(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。

滾動軸承采用飛濺潤滑。軸瓦采用強制潤滑，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 個柱塞孔，柱塞由不銹鋼或陶瓷制造，柱塞由連桿帶動。為防止液體泄漏和空氣滲入，采用填料密封。

1.2 工作原理

電動機與減速箱、減速箱與曲軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接，曲軸通過連桿帶動柱塞作往復運動。傳動機構(gòu)將電動機的回轉(zhuǎn)運動變成往復運動，柱塞一端伸到泵體內(nèi)，當柱塞離開泵體時，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)的壓力而關閉。當柱塞反向運動時，由于缸內(nèi)介質(zhì)壓力增加，吸入閥關閉，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，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)運行的重要因素。在正常安裝維護的情況下，柱塞泄漏頻次高的原因主要有3個：

（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，導致使用時盤根壽命下降。

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，所以每次安裝時都需要檢修人員進行預壓，費時費力；盤根偏長會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造成接口處密封效果差［2]。

（2）金屬柱塞設計存在缺陷

柱塞在工作中做往復運動，來回撞擊，背帽原設計沒有防松措施，經(jīng)常出現(xiàn)背帽松動，“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)特點是硬度高，耐腐蝕性差，由于裂化劑物料pH 低，導致在使用過程中柱塞表面短時間內(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間內(nèi)就會炸裂。

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，均會導致泄漏。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 個密封圈進行圓周密封，物料從大堵頭中部及中心的孔道進出，前道2個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聯(lián)，只要它們之間有一處密封面腐蝕破壞就會造成泄漏，當腐蝕嚴重時必須更換高壓缸，盤根箱和堵頭。其泄漏原因主要有2個：

（1）每次更換盤根都要拆卸大堵頭，多次反復拆裝造成大堵頭與缸體局部磨損，且在長時間使用過程中，高壓缸缸體、盤根箱和大堵頭均腐蝕磨損嚴重，他們之間的密封面被破壞，造成泄漏，同時會導致缸體報廢。

（2）缸體設計存在缺陷，大堵頭設計雖便于檢修，但增加了密封點，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)，導致出口壓力波動的現(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，都會造成尼龍球與閥座圓弧面配合不嚴密，導致尼龍球密封失效。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種情況均會導致密封圈失效。

尼龍球密封失效屬于正常磨損，不會對缸體造成影響。密封圈失效，更換不及時會導致物料沖刷缸壁，以及密封圈與閥座在缸體內(nèi)上下蠕動磨損缸壁，長期運行會對缸壁造成損傷直至報廢。因此，降低倒缸頻次主要是降低密封圈損壞頻次。

3 技術改進措施

3.1 降低盤根漏料頻次采取的措施

（1）針對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計了新的成型盤根。新盤根采用芳綸浸四氟，該材質(zhì)強度高、耐酸性好，且在制作過程中施加預壓，提高了盤根壽命。同時，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，導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，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、勞動強度，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170.40×4.80 mm 的凹臺，安裝180×5.7 mm 的“O”型圈，利用“O”型圈的補償來彌補高壓缸缸體、盤根箱和中間套因為腐蝕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，改進缸體設計，將高壓缸與大堵頭設計為一體，徹底消除了因大堵頭反復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、缸壁腐蝕磨損都會造成倒缸，只需把次通道完全封閉，即可保護缸壁，也可使已報廢的缸壁繼續(xù)使用［5]。

對主、次通道之間的通道，通過安裝尼龍墊片對缸體閥座的上下端面進行密封。

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)的物料就不會跑到次通道內(nèi)去了，次通道進料后，也不會跑到主通道中去，壓力就不會波動。

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開損傷部位，形成新的密封面來消除倒缸。當缸體損傷嚴重時，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。對缸體的改造有效延長了缸體使用壽命，見表1。

表1 實施改造后的故障率

5 結(jié)束語

通過在實際檢修過程中對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強度，保證了設備長周期穩(wěn)定運行。

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向套的方式改進為先裝盤根和導向套后裝柱塞，更換盤根的工作量由原來4人8 h降至3人3～4 h。通過單臺高壓泵多次實驗，發(fā)現(xiàn)盤根安裝方式的改變對盤根泄漏不會造成影響，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強度。