己二腈加氢反应器用计量泵改造

赵时超

(河南神马尼龙化工有限责任公司 ， 河南 平顶山 467000 )

计量泵是石油化工行业中的主要流体输送机械，因在使用过程中可同时完成输送、计量和调节功能，从而简化生产工艺流程而被广泛应用。计量泵按液力端结构形式可分为柱塞式计量泵和隔膜式计量泵。河南神马尼龙化工公司一核心装置2#己二腈加氢反应器进料泵为进口设备，系卧式三缸高压柱塞式计量泵，该泵输送介质为己二腈溶液、氢氧化钠溶液和含有硬质颗粒的催化剂溶液(其中硬质颗粒直径为30～35 μm)。该柱塞式计量泵柱塞密封为填料密封，在泵运行过程中柱塞与物料接触，含有硬质颗粒的物料被带进柱塞和填料之间，存在柱塞容易被拉毛、填料磨损快和物料沿柱塞频繁泄漏的难题。密封填料的频繁泄漏需频繁切换设备更换柱塞填料，10天左右需维修一次。备件消耗量大，同时泄漏的己二腈为进口原料，价格昂贵且有毒有害，污染环境，有损职工身心健康，已成为影响装置安全稳定运行的大问题，对其进行技术改造。

隔膜式计量泵用隔膜取代活塞，实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的隔离，非常适用输送含有颗粒、腐蚀性强、易燃易爆、有毒有害的介质，本次技术改造就是在原泵的基础上参照3#己二腈加氢反应器进料隔膜式计量泵将柱塞式泵头改为隔膜式泵头，消除柱塞与填料间的泄漏，同时满足生产物料的输送计量要求。

1 技术改造主要内容

①在原柱塞式计量泵上不改变电机和驱动、传动部分，只对泵头结构进行改造，由柱塞式计量泵向隔膜式计量泵改型。②隔膜泵头采用双层隔膜结构，且双层隔膜中间增加了过滤网。③隔膜液压油系统安装有溢流阀、单向补油阀和排气阀。④泵头设计了隔膜测漏报警系统。

2 设备改型需解决的问题

柱塞式计量泵和隔膜式计量泵(以下简称柱塞泵和隔膜泵)的主要参数对比见表1。

表1 柱塞泵和隔膜泵的主要参数对比

通过对柱塞泵和隔膜泵主要参数对比发现：①柱塞泵和隔膜泵电机参数均为37 kW，柱塞泵转速1 480 r/min，隔膜泵转速1 475 r/min，相差不多，可以略去不计。②隔膜泵泵头和柱塞泵泵头直径不一致，柱塞泵泵头直径为220 mm，隔膜泵泵头直径为400 mm。③柱塞泵和隔膜泵柱塞直径不一致，柱塞泵柱塞直径100 mm，隔膜泵柱塞直径90 mm，更改隔膜泵后，设备输送流量会降低。④柱塞泵和隔膜泵柱塞冲击频率不一致，柱塞泵冲击频率为108次/min，隔膜泵冲击频率142次/min，在柱塞泵改型为隔膜泵头后，设备输送能力会下降。

2.1 两泵参数不一致需解决的问题

2.1.1隔膜泵泵头和柱塞泵泵头直径不一致问题

柱塞泵泵头直径220 mm，隔膜泵泵头直径400 mm，泵头尺寸按隔膜泵泵头尺寸加工、制造，即需在柱塞泵中间腔壳体上按照隔膜泵泵头螺栓均布情况重新配钻螺栓孔。柱塞泵和隔膜泵柱塞直径不一致导致泵输送流量下降问题。泵行程100 mm，柱塞直径分别为90 mm和100 mm，泵冲击频率为108次/min，泵理论流量计算公式如下：

式中，qv，理论流量；z，液缸数；A，柱塞截面积；s，行程；n，冲击频率。

计算Φ90 mm柱塞泵理论流量为：

=0.003 433 59 m3/s

=12.360 924 m3/h

计算Φ100 mm柱塞泵理论流量为：

=0.004 239 m3/s

=15.260 4 m3/h

将柱塞直径由100 mm改造为90 mm后泵流量下降百分数为：

(qv100-qv90)÷qv100×100%=19%

即在原柱塞泵基础上将柱塞直径由100 mm改型为90 mm的情况下泵的流量将下降19%。隔膜泵额定流量为15 m3/h，柱塞直径减小泵流量将下降19%，即15×0.19=2.85 m3/h。

2.1.2改型后输送能力下降问题

柱塞泵和隔膜泵冲击频率不一致，改型后设备输送能力会下降。柱塞直径为90 mm，冲击频率为142次/min，行程为100 mm时计量泵理论流量：

=0.004 514 535 m3/s

=16.252 326 m3/h

柱塞直径为90 mm，冲击频率为108次/min，行程为100 mm时计量泵理论流量：

=0.003 433 59 m3/s

=12.360 924 m3/h

冲击频率由142次/min调整到108次/min时的流量降低比为：

(qv142-qv108)÷qv142×100%≈24%

即：柱塞冲击频率由142次/min下降为108次/min时，流量将下降比约24%。隔膜泵额定流量为15 m3/h，泵冲击频率降低流量下降24%，即15×0.24=3.6 m3/h。

2.2 改型后实际流量

柱塞泵原额定流量为14.5 m3/h，由于柱塞直径和冲击频率降低，改型后原泵实际流量Q实=14.5-2.85-3.6=8.05 m3/h，低于泵的额定流量，不能满足装置生产要求。

3 技改措施

3.1 通过提升柱塞冲击频率解决泵输送能力不足问题

由2.1计算所知，改型后泵最大的输送量约为8.05 m3/h，不能满足装置14.5 m3/h原料供应输送要求。由流量计算公式可知，流量的变化由公式中的几个主要因素影响，对z、A、s更改的话，技改实施难度较大，且周期长，不利于设备的正常备机、稳定运行。但对冲击频率进行更改现场可满足实施条件，即提高其冲击频率，具体内容如下：

3.1.1传动比计算

柱塞泵电机转速为1 475 r/min，冲击频率为108，即传动比i为：

3.1.2转速计算

根据三相电机转速公式

式中，n，转速；f，频率；p，极对数。

对于公式中所涉及的参数，p是电机本身不可更改参数，无法实施。f，国际上标准频率分别为50 Hz和60 Hz，所以可将频率提升为60 Hz。

即原柱塞泵：

p=3 000/1 475≈2

频率提升为60 Hz，同步转速n为：

3.1.3提频率后的n计算

n≈132

3.1.4泵性能提升评定计算

依据理论平均流量公式，计算60 Hz时的理论平均流量为：

=0.004 196 6 m3/s

=15.107 796 m3/h

即泵最大输出量大于原泵的额定流量，通过泵出口管线流量调节阀可实现转速的调节和回流阀开度的控制，满足现场装置生产负荷要求，同时为装置进一步提升产能打下了坚实基础。

3.2 隔膜泵头采用了双层隔膜、过滤网和隔膜测漏报警系统

①隔膜泵头采用双层隔膜，分别为油压侧隔膜和物料侧隔膜，当油压侧隔膜或物料侧隔膜破损时，还有另一层隔膜延续运行，不会出现物料和液压油互窜的现象。②双层隔膜之间有粗、细过滤网，物料侧隔膜破损后，含有硬质颗粒的物料介质需先经过过滤网才能到达油压侧隔膜和压力报警系统，这样防止介质对隔膜或压力报警系统产生影响。③隔膜测漏报警系统分为DCS控制台压力报警和现场压力表检测，当隔膜出现破裂，双层隔膜间的压力升高，DCS控制台出现警报和现场压力表出现指示，可以保证DCS操作人员和现场操作巡检人员不会错过故障的监控和及时有效处理。

3.3 隔膜泵头液压油系统设置了溢流阀、单向补油阀和排气阀

液压油系统溢流阀安装在液压油腔两侧，当泵头压力或柱塞函内油压超过溢流阀起跳压力时，溢流阀将自动开启，排放液压油泄压，避免隔膜因高压而破裂。另外还能防止出口单向阀装反、出口管路误操作关闭或出口管线受阻而介质压力高破坏设备系统。当柱塞函中的压力由于液压油减少而导致油压降低时，单向补油阀开启，自液压油腔向柱塞函内补油，从而保障柱塞函内的油压，即保障油液随柱塞的往复驱动使隔膜变形实现物料的吸入和压出。液压油系统内夹杂的气体会随着排气阀自动排出。

4 结论

改型为隔膜泵后，消除了柱塞泵填料频繁泄漏问题，减少了颗粒介质对泵运行状况的影响，使设备的检修周期由10天延长至6个月以上；提高了设备的国产化率，极大地节约了进口设备的维护费用，降低了检修人员的劳动强度，消除了己二腈加氢系统设备的安全环保隐患，为装置安全清洁长周期高负荷稳定运行打下了坚实基础，为同类设备改型提供了技术和经验借鉴。