图1 活塞结构图

加氢催化剂计量泵是环己酮工艺中的关键设备，该泵体现了计量泵输送介质的几大难点：高温、含高硬度颗粒、高压、低汽蚀余量等，本文主要研究探讨通过对隔膜材质、活塞结构、进出口阀组、安全放气阀及补油阀的改进，并通过实际工业运行进行验证，对类似参数的泵设计有一定的参考作用。

10万t/a环己酮装置现场所用的加氢催化剂泵为双联双隔膜计量泵，因在工艺中起关键作用，并且使用环境苛刻，所以采用的是进口设备。该泵在使用时出现流量不稳定，泵隔膜、阀座、阀球等易损坏，进出口阀组与通道易堵塞等急需解决的难题，已经严重影响了正常生产，必须制作一种可靠性高、耐高温、耐磨蚀、耐高压的计量泵液力端用于现场国产化改造与替代。该产品应满足现场的苛刻运行环境，同时应能提高泵维修性能，使泵便于拆卸维修，降低故障率。

我们了解计量泵现场工况参数情况为：

现场计量泵工况情况分析

泵在使用时出现流量不稳定，隔膜、阀球、阀座易损坏、泵缸内粉状细颗粒在阀口处结聚造成不上量的现象，且隔膜破裂不能及时报警停车造成活塞、液缸体等部件损坏。因液压系统在每次隔膜破裂后都会不同程度的损伤，使其他液力端零件在使用时出现寿命逐渐降低，严重影响了装置的正常运转。综合分析可能的原因有以下几点。

图2 吸入阀结构示意图

1.输送高温介质含颗粒介质使泵的入口流速降低。

在装置现场当计量泵选定后进出口管应为统一的定值。同时泵所在装置提供的介质由于含有固体颗粒及高温使输送管内流速降低造成必须汽蚀余量的最佳值下降。加上高温介质的液体易汽化，造成泵在运行时随着时间的延长而性能降低，造成入口管及阀组堵塞。

2.双隔膜报警不及时。

虽然该泵为双隔膜带报警压力表的计量泵，但是现场显示的压力表不能及时报警，当隔膜破裂而巡检没有到场时，因该介质的特殊性质，在很短的时间内就会造成柱塞及液缸的损坏，也使限位阀组、补油阀、安全放气阀磨损，每次隔膜破裂都会有含细微颗粒的介质进入到液缸体内，如果清理不干净就会使泵的零件寿命越来越短。

图3 安全快速放气阀图

3.进出口阀组磨损较快，通道过流性能较差。

考虑计量精度的提高，通常计量泵多采用狭小通道、阀球式结构，这种结构并不适用于高粘度及有固体颗粒的介质。因催化剂含有较大量的纳米级粉末颗粒，而且颗粒的硬度非常高，阀球的起落是高速旋转的，这样就造成其磨损较快，狭小的通道也使介质的通过性不好。

4.隔膜相对机械载荷较高，变形应力太大。

因液压系统损伤而造成补油、放气不及时，而且介质的高温和含硬颗粒造成隔膜受力不均匀，变形应力大，使隔膜的寿命降低。

5.隔膜计量泵补偿阀补油不畅。

隔膜泵的补偿系统应与放气系统的设计相匹配，以便保持液体压力动态平衡。

图4 浸没式液压补偿阀图

产品改进技术方案 

显然所需计量泵应是能适合于该苛刻介质工况的计量泵。总体上，我们考虑采用成熟泵动力系统、改进液力端的计量泵，具体技术方案如下。

1.在原有泵的动力端基础上，增加柱塞的直径及膜腔容积，使泵的流量能增加10%~20%（要根据配带功率和具体联接尺寸确定）；以现场正在使用泵的动力端和联接管路为基础，制作与之相匹配的液力端组件，保证尺寸的符合。

2.采用多向扎制添加耐高温及耐磨蚀纤维的膜片，主体材质为F46，在不增加厚度的情况下提高膜片的耐高温及耐磨蚀作用，提高膜片的使用寿命。

3.双导向组合式填料密封结构；采用非金属活塞环，当介质进入到液缸内时尽量减少对其磨损，使液缸的使用寿命增加；延长密封寿命；采用台阶式活塞，对液压系统进行强制补油，增加活塞的密封性能，保证泵腔高吸上真空度。针对这种含粉末颗粒具有一定粘度的介质，增加泵的自吸能力，可以改善泵的通过性（见图1）。

4.采用导流环面单线阀密封水力设计方案（单通道线密封型式进出口阀组），以及具有较高的强度和耐腐蚀性的单组合式轻质阀板。在提高阀组寿命同时确保泵吸入阻力大幅度减少；针对含有粉末颗粒的介质，增加进出口阀组的流通性，减少因沉淀造成堵塞。如果采用图2左侧阀球式结构，根据目前现场的使用情况，原泵采用的是HC-276阀球，其硬度较低，存在磨损现象。我们只能增加阀球的表面硬度和光洁度，增加其耐磨性，但实际效果不一定理想。根据现场情况，我们采用了右侧图示结构的圆锥阀，阀芯起落不会有旋转现象，减少磨损，阀芯采用HC-276。增加阀套内的有效容积，增加介质的通过性，圆弧面与锥面的配合为线密封。如果在现场的使用寿命比球阀长即可全部更换为圆锥阀形式。

5.采用我方独创设计的安全快速放气阀专有技术；该阀为两段式放气结构；当液压驱动液力腔产生气体后，会迅速进入放气阀芯15和阀球11局部区域聚合并推动阀球打开放气。当排出液体压力急升的瞬间放气阀芯关闭，以确保液压腔流体平衡，隔膜工作稳定（见图3）。

6.考虑液压补偿量的加大和腔内真空度的变化需求，对补偿阀系统的通道结构进行改良设计，保持液压腔液压动态平衡（见图4）。

7.取消限位阀系统，改自动补油系统为强制补油系统，使隔膜的受力保持平衡，不会因补油系统不畅而造成泵的流量减少。

总结

改造过的液力端在检修时进行了现场安装，运转效果良好，流量及出口压力稳定，隔膜的寿命也由原来的30天增加到目前的4个月，说明本次改造还是成功的。