浅谈化工用高压柱塞泵的常见故障分析和处理改进

2022-07-01张杰

装备维修技术 2022年7期

摘要：柱塞泵是石油化工领域很常见的设备，广泛应用于注水、加氢、加药等领域。虽然其稳定运行区较宽，抗扰动能力较强。但泵在实际运行过程中仍然会出现很多问题，很大的影响了装置的稳定运行。所以柱塞泵的长周期运行稳定显得迫在眉睫与非常必要。本文主要针对化工用高压柱塞泵的常见故障进行一些分析和研究。

关键词：柱塞泵化工用故障分析

一、柱塞泵的工作原理

柱塞泵主要由动力端、联轴器、泵头、吸入单向阀组、排出单向阀组、柱塞、填料函组件等组成。当柱塞向后止点移动时，将吸入单向阀打开，液体被吸入;当柱塞向前止点移动时，此时吸入单向阀组关闭，排出单向阀组打开，液体被排出泵体外，使泵达到吸排液体的目的。根据柱塞的数量，柱塞泵命名可分为柱塞泵、三柱塞泵和五柱塞泵等。

二、化工用高压柱塞泵的常见故障及分析

化工用高压柱塞泵运行情况不理想时，常会出现以下问题：填料磨损严重，不能有效密封;柱塞有拉痕，磨损严重;导向铜套磨损严重，偏磨明显等现象。

针对上述常见故障及泵的结构和实际使用情况，分析原因如下

1.泵总体结构设计水平不高：

①柱塞泵用在的20～40MPa工作环境中，整机结构过于紧凑，填料函长度过短，局促的空间设计还造成调节填料松紧空间非常有限，有效密封长度太低，不利于松紧填料操作。固定比压下，仅靠弹簧固定预设的预紧力调节填料和柱塞的密封，在高的线速度的多次往复运动磨损后，很快会发生密封失效。这种结构国内仅用于清水、低压环境。勉强用于间歇运行的工况，不适合应用在长周期、连续运行的石油化工系统里。

2. 柱塞不对中问题

①动力端设计富余量小，连杆本身就有不对中跳动的风险，这样泵的动力端在最原始、最根本的动力输出时就发生了问题。

②柱塞和动力端是软连接的，存在一定的不对中性。而且软连接的锁紧螺栓，在往复运行过程中容易发生松动。

③原柱塞头是平头设计，此种设计的缺点就是柱塞不能自动对心，如果柱塞中心线得不到保证，柱塞在安装后就将产生偏斜，对密封造成偏磨，影响填料使用寿命。而圆头柱塞则会避免了这些问题。

填料函体组件不对中设计必然导致随后的制造过程也按照不对称设计来进行，这种设计和制造一般只用于民用和间断运行的低压环境中，在这种恶劣的化工连续运行的环境中，技术上就不允许，实践也证明是失败的。填料函体轴向长度比正常设计的高压往复泵的减少了接近一半，这种设计导致如下问题：有效导向长度严重不足，加上上述的不对中设计，柱塞不对中摆动造成磨損、甚至撞击，最终导致填料密封副失效。

3、支撑问题

填料函本身没有支撑机构，但是往往这种流量大、压力高的现场关键设备，是必须要有填料函支撑机构的。长期的往复脉动就可能发生松动、偏心现象。

4、冲洗水问题

填料函不具备冷却水冲洗装置，这是不科学的。因为柱塞长时间的往复运动会产生大量的热能，没有冲洗水的冷却是很影响柱塞和填料的寿命。而且介质里含有的颗粒物不能被冲洗水冲走的话，也很容易积累在柱塞表面，也是很影响柱塞和填料的寿命。所以冲洗水是很必要的！

5、填料问题

填料材质为碳素纤维盘根，此种材料理论压力仅为30MPa，实际上不一定能达到，可能不适应实际工况，所以造成高压状态下产生变化。

三、化工用高压柱塞泵的常见故障处理和改造升级

鉴于以上故障分析，可以做以下故障处理和改造升级。

该改造方案有如下优点：

1、柱塞形式：平头柱塞改成球头柱塞。球头柱塞有利于柱塞运行中的自动找正，防止了柱塞偏心运动时，平头处被卡死。

2、柱塞表面采用喷焊镍基合金，表面硬度HRC>60，更加耐磨。

3、柱塞与连杆连接处：将原来的形式，改成球面垫和哈夫环的紧固连接形式，确保了柱塞和连杆的对中度。