提高LDPE装置超高压柱塞泵填料使用周期探索

范长白，范铁生，于智慧

（大庆石化公司，黑龙江 大庆 163714）

0 引言

某石化公司塑料厂20 万t/a 高压低密度聚乙烯装置采用德国Basll 公司LUPOTECHTR 专利技术，由意大利TECNIMONT 公司承建，装置于2005 年7 月建成投用。该装置具有5 台超高压柱塞泵，作用为向反应器注入过氧化物引发剂，是装置生产所必须满足的条件之一，装置投产6a 来，该泵的柱塞处高压填料密封使用周期很短，平均只有30 d 即开始大量泄漏，必须停机检修，严重地制约了装置的长周期生产。针对此情况，通过多年的实践研究，找到了高压填料使用周期短的原因并采取了有效的解决办法，极大地提高了高压填料密封的使用周期，切实地保证了装置生产，创造了较好的经济效益。

1 高压柱塞泵原理介绍

泵性能参数见表1。

高压柱塞泵分为低压液压油系统和高压泵头系统两个部分，低压液压油系统通过斜盘式柱塞泵向高压泵头的液压缸注入0～10 MPa 的液压油，液压缸内活塞面积与高压柱塞杆面积比为36.18∶1，从而实现增压的目的，其原理如图1 所示。

表1 高压柱塞泵参数表

图1 液压缸增压原理图

2 故障现象

1）更换高压填料后投用即突然大量泄漏；

2）更换高压填料后投用30 天内便突然大量泄漏。

3 故障分析

通过对历次检修过程的认真分析可以确认检修过程完全符合设备检修要求，不存在检修质量问题。所使用的备件全部为设备原厂备件，也不存在质量问题，因此排除以上原因进行分析。

1）对故障现象1 描述的情况通过对损坏的填料进行分析，发现高压填料外观没有明显损坏，高压填料与柱塞的配合较为松弛，由于此时处于冬季，气温在-20℃以下，因此考虑低温对高压填料性能造成影响，于是对高压填料进行了在温度分别为-20℃、-10℃、0℃，10℃、20℃各存放30 min 的试验，发现温度每降低10℃高压填料内径增大0.10 mm。在10℃时高压填料内径与柱塞直径均为φ16.0 mm，因此可以判定是低温运输造成了高压填料内径增大使密封失效。

2）对故障现象2 描述的情况通过对损坏的填料进行分析，发现高压填料已经出现断裂，属于瞬间失效。柱塞表面干涩，正常情况下柱塞在往复运动时要能形成有效的油膜为高压填料提供良好的润滑，柱塞表面应为光滑洁净的。柱塞尾部具有一个润滑油密封腔如图2 所示，正常情况下腔内存有压力为0.02 MPa 的润滑油，柱塞通过该润滑油腔使柱塞表面形成一层薄薄的油膜，该油膜的完好是保证高压填料正常使用的最重要条件。对该润滑油腔解体后发现腔内没有润滑油，因此柱塞没有得到良好的润滑是高压填料使用周期短的原因。

图2 高压泵头结构图

4 解决办法

1）保证高压填料在运输过程和使用环境的温度要大于10℃。

2）保证柱塞具有良好的润滑。该润滑油腔为下方注油，上方有1 个卸压阀控制腔内压力在0.02 MPa，注油量为柱塞往复运动20 次注油1 次，每次注油0.05 mL，腔内两侧有密封环。由于间歇性注油并且注油量很小，当润滑油注油泵故障或润滑油腔两侧密封环泄漏时，润滑油腔内便不会充满油，无法为柱塞提供良好润滑。而泵原设计没有检测润滑油腔内压力的设施，因此需要设计制作能够实时监测润滑油腔内是否充满油的设施。

a.润滑油腔实时监测器设计。由于润滑油腔需要保持0.02 MPa 的压力，并且能够将注油泵供应的多余油释放，于是将设计监测器安装在润滑腔上方排放口位置。

b.注油检测器原理。当注油泵向润滑油腔注油一次时，如果腔内充满油则多余的油会沿排放口顶开阀头，使阀打开排出润滑油。当腔内压力达到0.02 MPa 时，阀头在弹簧力（弹簧设定0.02 MPa）作用下使阀关闭，当阀头顶开时会将其上方钢球向上弹起，如图3 所示。阀头回座后钢球会缓慢回落（底部有油），由于检测器壳体采用有机玻璃材质，因此当柱塞运动20 次，如果可以看到监测器内钢球弹起回落1 次，则说明柱塞润滑良好，否则需要维修。

图3 注油实时监测器效果图

3）预知维修。通过运转4 a 的经验，总结出在润滑情况良好及224.5 MPa 的出口压力下高压填料可以使用165 d，因此当高压填料使用时间达到150 d 时即进行切换检修，从而避免对生产的影响。

5 效果验证

1）通过保证高压填料在运输过程和使用环境的温度要大于10℃的方法，6 a 来没有出现1 次高压填料后投用时突然大量泄漏的情况。

2）在使用润滑油腔注油实时监测器后，在发现润滑有问题即处理的6 a 时间里，高压填料使用周期最少在150 d，一般在165 d 左右。

6 结语

通过对高压填料在运输过程和使用环境中温度的保证，以及使用润滑油腔注油实时监测器来保证柱塞的良好润滑后，极大地提高了该泵高压填料的使用周期，切实保证了装置的长周期生产，产生了良好的经济效益。

［1］Karassik I J.泵手册［M］.3 版.陈允中，曹占友，邓国强，等，译.北京：中国石化出版社，2003：385-441.

［2］成大先.机械设计手册［M］.3 版.北京：化学工业出版社，2004.