隔膜计量泵冲程控制器故障后的使用探讨

赵 凌，谢江峡，王立哲，滕汉义

（1.兰州城市供水（集团）有限公司调度中心，甘肃 兰州 730060；2.兰州城市供水（集团）有限公司 第一水厂，甘肃 兰州 730060）

1 概述

在自来水生产的工艺中，投加混凝剂是一个重要的工艺环节，按照原水的浊度，参照混凝实验数据，需将一定量的混凝剂投加在水体中，从而达到混凝沉淀降低浊度的目的。为实现精准投加，目前水厂中普遍应用隔膜计量泵［1］、螺杆泵、射流泵等投加设备投加混凝剂。水源不同，原水水质相差较大，总体来说，水库水相对而言水质稳定，河流水随天气变化等外因，在以地表水为水源的水厂中，常常要解决原水浊度跨度大所面临的降低浊度问题，尤其在雨季，原水浊度变化没有规律，但为了保证自来水出厂水水质达标，就需要及时掌握水情，及时调节混凝剂的投加量［2］，保证后续工艺的正常运行。兰州城市供水集团原水预处理水厂，投加混凝剂采用隔膜计量泵完成，设计为隔膜计量泵组与原水提升泵组一对一的投加方式。

2 隔膜泵组运行方式

高性能隔膜泵运行时，泵机械驱动系统驱动泵高性能隔膜泵头中的活塞前后运动，在吸入行程一开始，柱塞携带液压油箱远离液压油端方向移动。液压油被往回拉，弹性隔膜跟着一起拉，降低了隔膜泵头输送物料的压力。此压力导致液体向内流动，抬起吸入口止回阀球，使得被输送液体通过吸入管路进入隔膜头部。同时出口止回阀关闭，阻止了排除管的物料回流。

在吸入行程终了，过程反向，排出行程开始，此时柱塞向前移动，推动前面的液压油，液压油压向隔膜，使之向前变形，从而提高隔膜泵头内被输送物料的压力。此压力使得被输送物料向外流动，迫使出口止回阀开启，而入口止回阀关闭，挡住吸入管路的回流，被输送物料则流出隔膜泵头部进入排出管路。这一吸入、排出过程随柱塞每个行程循环往复，成为泵输送液体的直接动因［3］。

3 存在的问题

按照隔膜泵流量运行的原理，控制一台已知隔膜泵流量的两个变量：一为柱塞往返移动的距离即冲程，用冲程控制器调节；二为柱塞在一定时间内往返的次数即频率。在生产实际中，因频繁使用冲程控制器调节活塞移动的距离，导致冲程控制器故障而失去调节作用。

当投加设备故障时，絮凝剂未能及时投加至待处理水体中，当该水体进入沉淀池，会打破池中原有的浑液面平衡，造成浑液面上升，从而导致沉淀池出水水质超标，影响下一步过滤等后续生产工艺的效果。水生产过程环环相扣，每一个环节的控制达标都至关重要，否则将导致后续工艺的工作量加大，出厂水质不达标。

4 固定冲程的办法

打开冲程控制器罩外的固定螺丝，拆下控制器罩，当冲程控制器完好时，冲程固定螺母此时在拧松位置，冲程可在0～100%调节。此时旋转活塞杆末端螺母，将活塞向前推动，使其冲程归于零位，用记号笔做标记，然后反方向旋转活塞杆末端螺母，将活塞向外拉出，使其冲程达100%，过程中，记录下活塞杆末端螺母旋转的圈数，按照对应的圈数，调节活塞至10%的位置上，锁死冲程固定螺母，开启泵组，做投加实验。根据投加量大小，向前向后微调活塞位置，待冲程在10%确定时，锁死冲程固定螺母，此时隔膜泵组的冲程将固定在10%，不再具备调节作用，同样，可根据生产实际运行的所需投加量，固定冲程大小，调节流量靠调节频率完成。

以某进口品牌额定流量为2412 L/h的隔膜计量泵组为例，根据实际投加经验数据，可按照泵组运行时的频率和冲程计算出流量。

隔膜泵流量公式为：

Q=2412 L/h×频率（%）×冲程（0～100%）×时间

兰州原水预处理厂在原水浊度范围为75～3 000 NTU时，采用隔膜泵计量泵，投加浓度为1%的HCA-1混凝剂水溶液，溶液储池两座，隔膜泵组5台，隔膜泵频率调节范围为12.3～50%，冲程调节范围为0～100%，当冲程控制器和频率调节器都完好时，双变量控制投加量，达到投加的目的，工艺如图1所示。

图1 某水厂加药间隔膜泵投加系统

5 生产数据对比

（1）冲程控制器完好，通过调节行程、频率双变量控制投加量。投加浓度为1%，混凝剂有效成分100%的HCA-1水溶液时，具体情况见表1所列。

表1 原水浊度混凝剂投加量对照表

（2）当冲程控制器故障，人工设定冲程为10%时，调频器控制投加量，通过投加浓度0.5%和1%两种有效成分100%的HCA-1水溶液时，具体情况见表2所列。

表2 原水浊度混凝剂投加量对照表

对比以上投加数据，当隔膜泵组行程控制器和频率调节器完好，当原水浊度在75～3 000 NTU，或者浊度高于3 000 NTU时，配置一种浓度的水溶液，通过调节隔膜泵组的频率、冲程来控制HCA-1水溶液投加量，达到投加目的；当行程控制器损坏，不能调节行程时，可经过投加实验，人为调试行程控制器冲程限定螺母，将泵体柱塞往返距离固定，即定量冲程10%，分别配制浓度为0.5%和1%的两种HCA-1水溶液，原水浊度低于1 000 NTU，投加浓度0.5%的溶液，原水浊度在1 000～3 000 NTU时，投加1%的溶液，同样能够满足生产需要，实现投加目的。

6 隔膜计量泵运行中的注意事项

为了保证隔膜计量泵的正常运转，避免故障发生，在设备运行中应注意［4］：一是双变量控制的设备，在使用过程中尽量采用固定其中一个变量，一个变量控制的方法运行，既调节频率又调节冲程，尤其是在高频低冲程时，容易使冲程控制器发生故障，活塞在小范围内来回高频率的运动，如同振动；二是在泵组的吸入和排出管路中，不应有空气进入，在管道安装中要设置排气装置。当泵组要启动时，必须工艺液体灌满整个泵组系统，当泵组较长时间停用，由于温度变化，工艺系统中的水溶液会分离出空气，再启动泵组时，首先打开排气装置，再启动泵组，用泵组所推送的工艺液体将空气排除去；三是定期检查齿轮箱中的油面高度，需要及时补充油脂［5］，在每6个月或每运行2 500 h后，必须更换齿轮传动装置的润滑油，一并清洗十字头腔下磁塞过滤器，避免油脂变质失去润滑作用，造成齿轮损坏。常见的隔膜泵组填料柱塞液端使用液压人字型和压缩型两种填料。原配泵组的填料根据使用选取最佳型式，不要随意换成其他填料型式。当压缩型的填料横截面为方形时，就不能压得太紧，因为它由不同的材料构成，只针对于特定的化学物质设定，过紧会导致摩擦增大，产生热量从而分解原材料，同时可能划伤不锈钢柱塞。当压缩型的填料横截面为V型或者人字型时，自动填料通过柱塞排除行程膨胀而起密封作用，吸入冲程时，填料松弛以缓解驱动机构上的荷载［6］，如果压力特别高时就比较适应，但平常运行状态下，自动压紧填料用手指拧紧即可；设置清水冲洗系统，定期对泵组及其投加管路运行清洗，尤其在吸入行程中，填料松弛，可有效地去除残留在柱塞的颗粒固体，保持柱塞正常运行［7］。

7 经济对比

某水厂絮凝剂投加车间共有4台隔膜计量泵因冲程控制器损坏故障，购置隔膜泵组的行程控制器，厂家报价65 000元/台，共计需要260 000万元；用限定冲程的办法，通过生产投加实验，根据溶液池液位下降高度最终确定冲程位置，从而实现投加，无需费用。

8 结束语

隔膜计量泵计量精准，被制水行业普遍认可，已广泛应用于水厂絮凝剂投加的生产工艺中，但进口的设备配件价格较高，不正确的使用方式极容易造成设备损坏，耽误生产任务，所以在日常的运行中除了正确的使用方式，还要注意对设备定期维护保养。如果隔膜泵冲程产生故障，也可以人为限定冲程，配置两种不同浓度的混凝剂溶液办法同样可以达到投加目的，既保证生产任务的完成又节约维修成本。