隔膜計量泵沖程控制器故障后的使用探討

趙 凌，謝江峽，王立哲，滕漢義

（1.蘭州城市供水（集團）有限公司調度中心，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州城市供水（集團）有限公司 第一水廠，甘肅 蘭州 730060）

1 概述

在自來水生產的工藝中，投加混凝劑是一個重要的工藝環(huán)節(jié)，按照原水的濁度，參照混凝實驗數據，需將一定量的混凝劑投加在水體中，從而達到混凝沉淀降低濁度的目的。為實現精準投加，目前水廠中普遍應用隔膜計量泵［1］、螺桿泵、射流泵等投加設備投加混凝劑。水源不同，原水水質相差較大，總體來說，水庫水相對而言水質穩(wěn)定，河流水隨天氣變化等外因，在以地表水為水源的水廠中，常常要解決原水濁度跨度大所面臨的降低濁度問題，尤其在雨季，原水濁度變化沒有規(guī)律，但為了保證自來水出廠水水質達標，就需要及時掌握水情，及時調節(jié)混凝劑的投加量［2］，保證后續(xù)工藝的正常運行。蘭州城市供水集團原水預處理水廠，投加混凝劑采用隔膜計量泵完成，設計為隔膜計量泵組與原水提升泵組一對一的投加方式。

2 隔膜泵組運行方式

高性能隔膜泵運行時，泵機械驅動系統驅動泵高性能隔膜泵頭中的活塞前后運動，在吸入行程一開始，柱塞攜帶液壓油箱遠離液壓油端方向移動。液壓油被往回拉，彈性隔膜跟著一起拉，降低了隔膜泵頭輸送物料的壓力。此壓力導致液體向內流動，抬起吸入口止回閥球，使得被輸送液體通過吸入管路進入隔膜頭部。同時出口止回閥關閉，阻止了排除管的物料回流。

在吸入行程終了，過程反向，排出行程開始，此時柱塞向前移動，推動前面的液壓油，液壓油壓向隔膜，使之向前變形，從而提高隔膜泵頭內被輸送物料的壓力。此壓力使得被輸送物料向外流動，迫使出口止回閥開啟，而入口止回閥關閉，擋住吸入管路的回流，被輸送物料則流出隔膜泵頭部進入排出管路。這一吸入、排出過程隨柱塞每個行程循環(huán)往復，成為泵輸送液體的直接動因［3］。

3 存在的問題

按照隔膜泵流量運行的原理，控制一臺已知隔膜泵流量的兩個變量：一為柱塞往返移動的距離即沖程，用沖程控制器調節(jié)；二為柱塞在一定時間內往返的次數即頻率。在生產實際中，因頻繁使用沖程控制器調節(jié)活塞移動的距離，導致沖程控制器故障而失去調節(jié)作用。

當投加設備故障時，絮凝劑未能及時投加至待處理水體中，當該水體進入沉淀池，會打破池中原有的渾液面平衡，造成渾液面上升，從而導致沉淀池出水水質超標，影響下一步過濾等后續(xù)生產工藝的效果。水生產過程環(huán)環(huán)相扣，每一個環(huán)節(jié)的控制達標都至關重要，否則將導致后續(xù)工藝的工作量加大，出廠水質不達標。

4 固定沖程的辦法

打開沖程控制器罩外的固定螺絲，拆下控制器罩，當沖程控制器完好時，沖程固定螺母此時在擰松位置，沖程可在0～100%調節(jié)。此時旋轉活塞桿末端螺母，將活塞向前推動，使其沖程歸于零位，用記號筆做標記，然后反方向旋轉活塞桿末端螺母，將活塞向外拉出，使其沖程達100%，過程中，記錄下活塞桿末端螺母旋轉的圈數，按照對應的圈數，調節(jié)活塞至10%的位置上，鎖死沖程固定螺母，開啟泵組，做投加實驗。根據投加量大小，向前向后微調活塞位置，待沖程在10%確定時，鎖死沖程固定螺母，此時隔膜泵組的沖程將固定在10%，不再具備調節(jié)作用，同樣，可根據生產實際運行的所需投加量，固定沖程大小，調節(jié)流量靠調節(jié)頻率完成。

以某進口品牌額定流量為2412 L/h的隔膜計量泵組為例，根據實際投加經驗數據，可按照泵組運行時的頻率和沖程計算出流量。

隔膜泵流量公式為：

Q=2412 L/h×頻率（%）×沖程（0～100%）×時間

蘭州原水預處理廠在原水濁度范圍為75～3 000 NTU時，采用隔膜泵計量泵，投加濃度為1%的HCA-1混凝劑水溶液，溶液儲池兩座，隔膜泵組5臺，隔膜泵頻率調節(jié)范圍為12.3～50%，沖程調節(jié)范圍為0～100%，當沖程控制器和頻率調節(jié)器都完好時，雙變量控制投加量，達到投加的目的，工藝如圖1所示。

圖1 某水廠加藥間隔膜泵投加系統

5 生產數據對比

（1）沖程控制器完好，通過調節(jié)行程、頻率雙變量控制投加量。投加濃度為1%，混凝劑有效成分100%的HCA-1水溶液時，具體情況見表1所列。

表1 原水濁度混凝劑投加量對照表

（2）當沖程控制器故障，人工設定沖程為10%時，調頻器控制投加量，通過投加濃度0.5%和1%兩種有效成分100%的HCA-1水溶液時，具體情況見表2所列。

表2 原水濁度混凝劑投加量對照表

對比以上投加數據，當隔膜泵組行程控制器和頻率調節(jié)器完好，當原水濁度在75～3 000 NTU，或者濁度高于3 000 NTU時，配置一種濃度的水溶液，通過調節(jié)隔膜泵組的頻率、沖程來控制HCA-1水溶液投加量，達到投加目的；當行程控制器損壞，不能調節(jié)行程時，可經過投加實驗，人為調試行程控制器沖程限定螺母，將泵體柱塞往返距離固定，即定量沖程10%，分別配制濃度為0.5%和1%的兩種HCA-1水溶液，原水濁度低于1 000 NTU，投加濃度0.5%的溶液，原水濁度在1 000～3 000 NTU時，投加1%的溶液，同樣能夠滿足生產需要，實現投加目的。

6 隔膜計量泵運行中的注意事項

為了保證隔膜計量泵的正常運轉，避免故障發(fā)生，在設備運行中應注意［4］：一是雙變量控制的設備，在使用過程中盡量采用固定其中一個變量，一個變量控制的方法運行，既調節(jié)頻率又調節(jié)沖程，尤其是在高頻低沖程時，容易使沖程控制器發(fā)生故障，活塞在小范圍內來回高頻率的運動，如同振動；二是在泵組的吸入和排出管路中，不應有空氣進入，在管道安裝中要設置排氣裝置。當泵組要啟動時，必須工藝液體灌滿整個泵組系統，當泵組較長時間停用，由于溫度變化，工藝系統中的水溶液會分離出空氣，再啟動泵組時，首先打開排氣裝置，再啟動泵組，用泵組所推送的工藝液體將空氣排除去；三是定期檢查齒輪箱中的油面高度，需要及時補充油脂［5］，在每6個月或每運行2 500 h后，必須更換齒輪傳動裝置的潤滑油，一并清洗十字頭腔下磁塞過濾器，避免油脂變質失去潤滑作用，造成齒輪損壞。常見的隔膜泵組填料柱塞液端使用液壓人字型和壓縮型兩種填料。原配泵組的填料根據使用選取最佳型式，不要隨意換成其他填料型式。當壓縮型的填料橫截面為方形時，就不能壓得太緊，因為它由不同的材料構成，只針對于特定的化學物質設定，過緊會導致摩擦增大，產生熱量從而分解原材料，同時可能劃傷不銹鋼柱塞。當壓縮型的填料橫截面為V型或者人字型時，自動填料通過柱塞排除行程膨脹而起密封作用，吸入沖程時，填料松弛以緩解驅動機構上的荷載［6］，如果壓力特別高時就比較適應，但平常運行狀態(tài)下，自動壓緊填料用手指擰緊即可；設置清水沖洗系統，定期對泵組及其投加管路運行清洗，尤其在吸入行程中，填料松弛，可有效地去除殘留在柱塞的顆粒固體，保持柱塞正常運行［7］。

7 經濟對比

某水廠絮凝劑投加車間共有4臺隔膜計量泵因沖程控制器損壞故障，購置隔膜泵組的行程控制器，廠家報價65 000元/臺，共計需要260 000萬元；用限定沖程的辦法，通過生產投加實驗，根據溶液池液位下降高度最終確定沖程位置，從而實現投加，無需費用。

8 結束語

隔膜計量泵計量精準，被制水行業(yè)普遍認可，已廣泛應用于水廠絮凝劑投加的生產工藝中，但進口的設備配件價格較高，不正確的使用方式極容易造成設備損壞，耽誤生產任務，所以在日常的運行中除了正確的使用方式，還要注意對設備定期維護保養(yǎng)。如果隔膜泵沖程產生故障，也可以人為限定沖程，配置兩種不同濃度的混凝劑溶液辦法同樣可以達到投加目的，既保證生產任務的完成又節(jié)約維修成本。