楊宏濤

(中國(guó)石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

臥式三柱塞往復(fù)式高壓泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高壓泵)在FCC催化劑制備中用于催化劑裝置的高壓噴霧干燥工序，其主要作用是將催化劑膠體輸送到干燥塔頂進(jìn)行高壓噴霧并干燥成型。高壓泵在催化劑生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中有著流量壓力平穩(wěn)、維修容易、易損件容易加工、出口壓力高等優(yōu)點(diǎn)。

隨著催化劑膠體的固含量的不斷提高，高壓泵噴霧壓力也在不斷提高，導(dǎo)致高壓泵在運(yùn)行過(guò)程中柱塞填料密封頻繁泄漏，浪費(fèi)物料，降低產(chǎn)品收率，污染生產(chǎn)環(huán)境。針對(duì)高壓泵柱塞填料密封問(wèn)題進(jìn)行了原因分析和技術(shù)改進(jìn)。

1 高壓泵工作原理

高壓泵是利用柱塞交替進(jìn)行吸入和排出來(lái)達(dá)到輸送催化劑膠體的目的。當(dāng)柱塞從最左位置向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，排出閥關(guān)閉，工作腔容積擴(kuò)大，物料在吸入壓力作用下，頂開(kāi)進(jìn)液閥，直到柱塞運(yùn)動(dòng)到右側(cè)極限位置。反之柱塞從右向左運(yùn)動(dòng)，利用工作腔內(nèi)壓力，將進(jìn)液閥關(guān)閉，隨著柱塞向左推移，物料在柱塞的作用下將排液閥頂開(kāi)，液體通過(guò)排出管排出，直到柱塞運(yùn)動(dòng)到左側(cè)極限位置，如此周而復(fù)始持續(xù)運(yùn)行。高壓泵工作原理見(jiàn)圖1。

注：1.排出管;2.排液閥;3.進(jìn)液閥;4.進(jìn)口管;5.工作腔;6.柱塞;7.柱塞桿;8.十字頭;9.連桿;10.曲軸

2 高壓泵柱塞填料密封系技術(shù)改進(jìn)

高壓泵柱塞填料密封泄漏的途徑主要包括催化劑膠體通過(guò)填料本身的縫隙泄漏、通過(guò)填料與填料函內(nèi)壁之間的縫隙泄漏、通過(guò)填料與柱塞之間的縫隙泄漏。

高壓泵柱塞填料密封泄漏的主要原因是柱塞磨損和填料失效。經(jīng)過(guò)分析，造成柱塞磨損和填料失效的主要原因是：(1)物料腐蝕；(2)物理磨損；(3)填料壓蓋預(yù)緊力不合適；(4)高壓泵運(yùn)行中維護(hù)不當(dāng)。針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。

2.1 高壓泵柱塞填料密封結(jié)構(gòu)及原理

高壓泵采用主副雙填料函密封結(jié)構(gòu)，外供水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻潤(rùn)滑，同時(shí)阻止帶有SiO2硬質(zhì)顆粒的催化劑膠體進(jìn)入填料。主密封函兩端安裝主副導(dǎo)向套，中間安裝7根填料；副填料函安裝兩端為壓環(huán)，中間安裝3根填料。通過(guò)壓蓋對(duì)填料施加軸向壓緊力，使填料產(chǎn)生軸向壓縮變形，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)填料徑向壓緊力，使填料徑向膨脹緊貼于填料函內(nèi)壁和柱塞表面，阻止物料泄漏，是典型的軟填料密封[1-2]，高壓泵填料函結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

注：1.柱塞；2.主密封函體；3.墊環(huán)；4.主導(dǎo)向套；5.填料環(huán)；6.副導(dǎo)向套；7.副密封函體；8.壓環(huán)；9.O型圈；10.主填料調(diào)節(jié)帽；11.墊環(huán)；12.副填料調(diào)節(jié)帽

3.3 高壓泵柱塞填料密封技術(shù)改進(jìn)

2.3.1 填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

填料柱塞密封泄漏的主要原因是柱塞腐蝕磨損和填料失效，從大量的檢維修實(shí)例來(lái)看，安裝在主填料函內(nèi)側(cè)端部的不銹鋼墊環(huán)，在使用過(guò)程中柱塞由于重力作用造成偏心下垂，極易刮擦柱塞造成往復(fù)機(jī)械損傷，并且存在不銹鋼墊環(huán)不耐酸腐蝕問(wèn)題，墊環(huán)內(nèi)表面腐蝕出溝槽或毛刺，表面不光滑，加劇了不銹鋼墊環(huán)與柱塞之間的磨損，從而導(dǎo)致填料密封泄漏。主填料函填料密封結(jié)構(gòu)圖、不銹鋼墊環(huán)如圖3、圖5所示。

注：1.芳綸填料；2.赤士盾填料

圖3 主填料函填料密封結(jié)構(gòu)圖

圖4 不銹鋼墊環(huán)

針對(duì)密封結(jié)構(gòu)存在的缺陷，對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。通過(guò)分析討論，將密封結(jié)構(gòu)中的不銹鋼墊環(huán)去掉，采取調(diào)整導(dǎo)向套長(zhǎng)度和填料環(huán)數(shù)的方案，即加長(zhǎng)副導(dǎo)向套、填料環(huán)數(shù)不變的方案，從而調(diào)整零部件裝配位置，優(yōu)化密封結(jié)構(gòu)。填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，記錄了改進(jìn)前后年度的運(yùn)行周期，填料密封的運(yùn)行周期見(jiàn)表1。

表1 填料密封的運(yùn)行周期

由表1可以看出，填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，延長(zhǎng)了高壓泵柱塞填料密封的運(yùn)行周期，減少了膠體泄漏，平均運(yùn)行周期延長(zhǎng)了26.4%，柱塞填料密封檢維修成本降低了21.1%。

2.3.2 柱塞改進(jìn)

為了解決柱塞腐蝕磨損問(wèn)題，根據(jù)高壓泵的工作條件，從柱塞材質(zhì)方面進(jìn)行改進(jìn)。

高壓泵目前所使用的的柱塞是由316L不銹鋼制成，在催化劑生產(chǎn)中，帶有SiO2硬質(zhì)顆粒的催化劑膠體對(duì)316L不銹鋼柱塞的磨損嚴(yán)重，因此尋求一種耐磨性更高的柱塞材質(zhì)，是解決柱塞磨損問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過(guò)成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類(lèi)無(wú)機(jī)非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷材料中的結(jié)構(gòu)陶瓷，主要用于制作結(jié)構(gòu)零件。機(jī)械工業(yè)中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經(jīng)受摩擦而易磨損的零件，用金屬和合金制造有時(shí)也是使用不了多久就會(huì)損壞，而先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷零件極其耐磨。鑒于陶瓷的高耐磨性，選用了陶瓷柱塞，在催化劑生產(chǎn)中進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，兩種材質(zhì)柱塞的使用壽命見(jiàn)表2。

表2 各種材質(zhì)柱塞使用壽命表

由表3可以看出，在相同的工作條件下，陶瓷柱塞的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于316L不銹鋼柱塞的使用壽命。綜合考慮材料的使用壽命和價(jià)格，選用陶瓷材料的柱塞性價(jià)比更高，陶瓷柱塞如圖5所示。

圖5 陶瓷柱塞

柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，陶瓷柱塞的填料環(huán)組內(nèi)壁光滑，芳綸填料和赤世盾填料內(nèi)表面基本持平，而不銹鋼柱塞的填料環(huán)組內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，且附著膠粒，芳綸填料和赤世盾填料內(nèi)表面有著明顯的高度差，可見(jiàn)陶瓷柱塞的表面光潔度消除了對(duì)填料環(huán)組的磨損，陶瓷柱塞表面粗糙度、填料環(huán)組磨損情況對(duì)比如圖6、圖7所示。

圖6 陶瓷柱塞表面粗糙度

圖7 填料環(huán)組磨損情況對(duì)比

根據(jù)檢維修情況，統(tǒng)計(jì)了改進(jìn)前后近三年的填料密封的運(yùn)行周期，填料密封的運(yùn)行周期見(jiàn)表3。

表3 填料密封的運(yùn)行周期

由表3可以看出，柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，柱塞不磨損，不但柱塞的使用壽命大大延長(zhǎng)，同時(shí)盡最大可能發(fā)揮填料的使用價(jià)值，延長(zhǎng)了柱塞填料密封的運(yùn)行周期，2019年比2017年平均運(yùn)行周期延長(zhǎng)了16.8%，柱塞填料密封檢維修成本明顯降低。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)往復(fù)式高壓泵的填料密封結(jié)構(gòu)和柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，延長(zhǎng)了高壓泵柱塞填料密封的運(yùn)行周期，明顯延長(zhǎng)了柱塞的使用壽命，降低了柱塞填料密封檢維修費(fèi)用，減少了膠體泄漏，提高了產(chǎn)品收率，增加了企業(yè)效益，陶瓷柱塞在同行業(yè)中值得進(jìn)行推廣應(yīng)用。