白虎雄，賀永斌，白榮榮

（陜西北元化工集團有限公司化工分公司，陜西榆林 719319）

陜西北元化工集團股份有限公司（以下簡稱北元化工），現(xiàn)有1 100 kt/a聚氯乙烯裝置和800 kt/a燒堿生產(chǎn)裝置。北元化工燒堿生產(chǎn)裝置中有硫酸干燥氯氣工藝，利用w(H2SO4)98.5%的濃硫酸對氯氣進行干燥，濃硫酸通過計量泵加入干燥設備中，但在運行過程中，出現(xiàn)了計量泵附件故障、出口管道腐蝕等問題。筆者針對計量泵附件故障和出口管道腐蝕問題進行分析，并提出相應的解決措施。

1 存在問題

目前北元化工有6臺硫酸計量泵用于氯氣干燥，計量泵為Milroyal柱塞式單缸計量泵。在計量泵的工作過程中，泵出口管道頻繁發(fā)生泄漏，泄漏頻次增加導致檢修作業(yè)風險增大，同時影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，計量泵出口壓力表故障頻繁，表現(xiàn)為壓力表顯示不準、打偏、指針掉落等現(xiàn)象，計量泵單向閥組件經(jīng)常損壞。

2 問題分析

計量泵是一種能夠進行計量輸送液體介質的容積式往復泵。借助于柱塞在液缸工作腔內的往復運動實現(xiàn)工作腔容積產(chǎn)生周期性的變化。工作時，計量泵機械傳動部件承受的載荷是交變的，雖然平均流量是恒定的，但是瞬時流量是脈動的。由于管內流動液體的加速和減速，其入口管路和出口管路內液體的壓力也是脈動的，在節(jié)流部位以及彎頭處，不可避免地產(chǎn)生了液體的沖擊，具體分析如下。

2.1 管道腐蝕

對于濃硫酸管道腐蝕一般有3個方面的原因，分別是硫酸流速、溫度、管道情況。

2.1.1 硫酸流速

對計量泵來說，硫酸的瞬時流速比平均流速更加有意義。在不考慮容積損失的情況下，泵在每一瞬間排出或吸入的流量稱為理論瞬時流量，簡稱瞬時流量。單缸泵工作時，曲軸每轉一轉，工作腔完成吸入和排出功一次。計量泵工作曲線見圖1。

圖1 計量泵工作曲線

由圖1可知，在（0，π）區(qū)間，計量泵僅吸入液體而無液體排出；在（π，2π）區(qū)間，計量泵僅排出液體而無液體吸入，周期為2π[1]。根據(jù)目前正常工作時1 min做164次（163～165次）往復運動，輸送廢酸16 t/d，出口管道為DN32來進行計算：

計量泵每次做功排酸量為：

16/(24×60×164)=6.7×10-5t

每次排酸時間為：60/(164×2)=0.182 9 s

排酸流量為：

6.7 ×10-5/0.1829=3.663×10-4t/s=0.3663 /(1.84×103)=1.99×10-4m3/s

計量泵出口管道內徑為32 mm，則管道內流速為：

1.99 ×10-4/（0.0162×π）=0.248 m/s＜ 1.2 m/s。

雖然當前流量滿足化工設計中對硫酸流速的基本規(guī)定，但是實際同行業(yè)中對于硫酸輸送管道要求更嚴格。碳鋼的抗腐蝕性取決于其表面生成的一層硫酸亞鐵保護膜，當這層保護膜被破壞時，其抗腐蝕能力大大下降，杜邦公司要求硫酸流速控制在0.3 m/s以內，一般控制在0.1 m/s，較適宜濃硫酸流速為0.025～0.075 m/s[2]。因此，計量泵出口流量仍是偏大的。

2.1.2 硫酸溫度

硫酸是從儲罐中抽出，而儲罐內硫酸溫度基本恒定在20 ℃左右，所以介質本身溫度正常，不會造成管道的異常腐蝕。另一個因素是硫酸管道所包覆的電伴熱保溫，目前采用的是zwl-pf46-35-220型電伴熱，工作溫度最高能達到105 ℃，如果管道內介質不流動，就會導致局部高溫。根據(jù)圖2低碳鋼在硫酸中的等腐蝕率曲線可知，硫酸溫度過高，腐蝕率會明顯增大。當遇到系統(tǒng)停車檢修或者停止加酸時，管道內壁溫度就會上升，此時管道內的硫酸就會在短時間在局部造成嚴重腐蝕。

圖2 低碳鋼在硫酸中的等腐蝕率曲線[3]

2.1.3 管道自身情況

硫酸管道材質選用的是碳鋼，通過對泄漏點的統(tǒng)計分析，大多數(shù)的泄漏發(fā)生在焊縫處。根據(jù)對現(xiàn)場焊縫以及焊接過程的觀察，若在焊接管道過程中，焊接工藝不夠精細，通常小管道焊接時不打坡口，焊后內表面凸起、不平滑，則會存在接口焊縫存在氣孔、內壁粗糙、焊接縫厚度不均勻等問題。內壁不光滑，會引起管內硫酸湍流，造成腐蝕加劇。

2.2 壓力表故障

通過現(xiàn)場調研，泵出口壓力呈現(xiàn)0.15～0.51 MPa脈沖波動。計量泵進出口管道無任何緩沖裝置，而且存在安裝非抗震壓力表的現(xiàn)象。所以計量泵每個周期產(chǎn)生的脈沖壓力會直接以脈沖形式頻繁作用于出口管道上，進而表現(xiàn)為壓力表持續(xù)波動大。如果壓力表選型也存在問題，那么壓力表的損壞在所難免。

2.3 計量泵故障問題

計量泵故障主要表現(xiàn)為出口單向閥組件的損壞。該計量泵單向閥組件材質為316不銹鋼，316不銹鋼具有較好的耐腐蝕性，但是在輸送濃硫酸時，還是不能有效防止腐蝕。同樣由于脈沖流量以及單向閥組件內閥球的撞擊，導致316不銹鋼的耐腐蝕性下降，總之還是單向閥的選型存在問題。

3 解決措施

3.1 安裝脈動阻尼器

根據(jù)SH/T3104—2013《石油化工儀表安裝設計規(guī)范》中第4.0.2款第2條中規(guī)定：“測量脈沖壓力時應安裝阻尼器”。脈動阻尼器是消除管路脈動的常用元件，用于往復式計量泵的投加系統(tǒng)中，以吸收泵產(chǎn)生的脈動峰值，安裝適當?shù)拿}動阻尼器，能延長往復式計量泵及系統(tǒng)設備的壽命，減少系統(tǒng)的造價。當安裝脈動阻尼器后，管路阻尼器后瞬時最高壓力可以降低，壓力表的波動也可以減弱，管道內液體硫酸可以更加均衡，對于管線的沖刷以及壓力波動損壞都能起到很好的緩減保護作用。

3.2 規(guī)范管道安裝

當管道出現(xiàn)大面積較廣的泄漏和減薄，需要對管道進行整體更換，管道選用SCH80等級系列，焊接必須嚴格按照GB 50236—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》執(zhí)行，“厚度大于3 mm的焊縫，焊接層（道）數(shù)不少于2層（道），且層（道）之間的接頭要錯開，起、收弧處要填滿，并及時清除焊渣和缺陷”。另外建議焊接時必須打坡口，采用氬弧焊接，保證管內壁的平滑性，避免焊接氣泡的產(chǎn)生。彎頭處優(yōu)化設計，安裝異徑管，增大彎頭直徑可以減輕對彎頭的腐蝕。同時也可以考慮用不銹鋼管道或者襯聚四氟乙烯管道進行替換。

3.3 規(guī)范壓力表選型

壓力表一定要選用帶有阻尼螺釘?shù)哪驼饓毫Ρ?，使用時可以適當關小壓力表根部閥，能夠緩減震動對壓力表的損壞。脈動壓力表選用工作壓力不得超過表量程的1/2。

3.4 規(guī)范管道電伴熱

增加電伴熱溫度檢測點，實現(xiàn)電伴熱的自動溫度控制。根據(jù)管道溫度決定是否投用電伴熱。根據(jù)濃硫酸的腐蝕、防凍防凝等特性，電伴熱溫度不宜超過20 ℃。

3.5 更換單向閥組件

鑒于單向閥在計量泵中的特殊工作環(huán)境，為了延長計量泵備件的使用周期，建議將單向閥組件材質由316不銹鋼更換為904L不銹鋼或者PVDF(聚偏氟乙烯)材質。后兩者具有更佳的抗腐蝕性，同時又兼顧了優(yōu)良的耐磨性，可以更好地適用于硫酸計量泵中。在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同企業(yè)對備件成本的接受度進行選型。

4 結語

通過對硫酸計量泵的各項問題的分析，并采取有針對性的措施，使問題得到有效的控制和解決。生產(chǎn)過程中硫酸計量泵的故障還有很多，只要通過對介質性質的掌握、設備原理研究、運行工況的分析，才能保證設備和裝置的正常運行。