气动双隔膜泵故障分析及治理

1背景概述

气动双隔膜泵是一种新型输送机械,采用压缩空气为动力源,对于各种腐蚀性液体,带颗粒的液体,高黏度、易挥发、易燃、剧毒的液体,均能予以抽光吸尽,同时具有以下优点:

(1）环境与介质之间采用静密封连接,避免了介质泄漏对环境的影响。

(2）压缩空气作动力,在排气时是一个膨胀吸热的过程,气动泵工作时温度是降低的,因此不存在泵体发热的现象。

(3）隔膜泵装配模块化组装,相比于普通离心泵检修方便,更适合用于放射性或有毒有害的介质,可减少维修人员在此种环境下的工作时间。

基于以上优点,某核电厂核岛废液系统采用气动双隔膜泵来运输放射性介质,相比其他核电厂,大大减少了核岛内的电动离心泵,使得维护与运行更加简单有效,与此同时,在该核电厂调试及生产期间,隔膜泵也出现了不同于离心泵的故障。本文从气动双隔膜泵的原理出发,对其故障分析与治理进行了探讨。

2气动双隔膜泵工作原理

气动双隔膜泵主要由泵壳、隔膜、轴、进气阀组件、排气阀组件、外隔膜套件板、内隔膜套件板等组成,如图1所示。

气动双隔膜泵采用压缩空气作为动力源,隔膜室的内侧是间隔加压,同时把另一个隔膜内室排空,这样就会使隔膜往复前后移动,隔膜中心的金属板固定了一个用于连接隔膜的公用轴,当一个隔膜进行排放冲程时,拉动对面的隔膜室内另一个隔膜执行吸入冲程。

隔膜室的交替增压和排放动作由安装在外部的引导式四通道空气分配阀完成,当阀芯移动到阀体一端时,进口压力作用于某一隔膜室,而另一隔膜室排空。当阀芯移动到阀体的另一端时,隔膜压力交换,完成一次往复运动。气流分配阀阀芯由内部引导阀推动,该阀门对气流分配阀阀芯的某一端轮流加压,同时排空另一端。制动器活塞在隔膜冲程结束时接触隔膜板,此时引导阀执行转换动作,然后制动器的活塞把引导阀的阀芯推到一个位置上以促动气流分配阀。

3气动双隔膜泵常见故障现象及诊断

在某核电厂调试及生产期间,气动双隔膜泵出现的故障有:泵无法启动、启动后负压、启动后高压、启动后压力波动大。

3.1泵无法启动

3.1.1泵无法启动现象

泵正常工作时,通常会发出三种不同的声音:隔膜内介质与泵壳的撞击声、出入口止回阀间断撞击声、气源间断排气声,同时伴有阻尼器的上下运动、泵进出口膨胀节的蠕动、泵出口压力变送器有压力显示等现象。

当压缩空气输入到气动双隔膜泵中,如果没有上述现象,则可判定为泵无法启动。

3.1.2泵无法启动原因分析及判断

根据气动双隔膜泵的原理可知,泵无法启动的根本原因在于隔膜没有产生相应的运动。隔膜无法运动的可能原因为:隔膜破损、隔膜与公用轴连接螺栓断裂、空气分配阀堵塞、制动器活塞杆弯曲、导向阀卡涩、轴套磨损严重、止回阀卡涩等,不同的故障往往会表现出不同的形式。

下面通过某核电厂隔膜与公用轴连接螺栓断裂的实例来分析泵无法启动的原因,并给出解决方案。

隔膜与公用轴连接螺栓断裂伴有的现象:隔膜泵启动瞬间有压力,能明显地听到隔膜只运动一次,之后隔膜不再运动,泵出口无压力,空气分配阀出口处无压缩空气流出。

隔膜与公用轴连接螺栓断裂的原因分析及解决方案:

(1）螺栓强度分析:该核电厂对断裂的多颗螺栓做金相分析和抗拉强度分析,均满足设计要求:并且联系厂家,其他企业使用的同类型的隔膜泵并未出现此种情况,因此可排除螺栓本身的设计缺陷。

(2）供气问题分析:该核电厂使用的隔膜泵设计极限压力为860kPa(8.6bar）,推荐使用550～680kPa(5.5～6.8bar）的稳定气源,而现场实际供气压力为860kPa(8.6bar）,且管路上并未设置调压阀,压力波动也比较大,因此造成隔膜两端螺栓受力过大且不均,这是造成螺栓断裂的主要原因之一,解决方案主要是增加减压阀减小进气压力。

(3）排气问题分析:隔膜泵设计中是需要安装消音器部件的,消音器的主要作用是缓冲排气压力,使废气缓缓排放,起到一定的缓冲作用。但该核电厂的隔膜泵用于排放废液,为了防止隔膜破裂后放射性介质喷射到环境中,取消了消音器,这也是造成螺栓断裂的诱因。

(4）阀门开度问题:虽然气动双隔膜泵具有一定的自吸功能,但当隔膜泵刚刚启动时,隔膜内液体很少,存在大量的空气,如果此时阀门全开,隔膜本身受到的冲击必然增大,易导致固定隔膜的螺栓疲劳断裂。因此根据实际经验建议,隔膜泵启动时,先将阀门开度控制在25%左右,当介质完全充满隔膜腔时,再将阀门置于全开的状态。

3.2启动后负压

3.2.1启动后负压现象

隔膜泵正常运转,但位于气动双隔膜泵出口管路上的压力变送器却显示为负压。

3.2.2启动后负压原因分析

从图1可知,气动隔膜泵装配有四个止回阀,分别位于出口和入口,止回阀的作用为当腔室进行排放冲程时,出口止回阀被顶起,入口止回阀被液体顶至阀座上,使介质运输至管路中:当腔室进行吸收冲程时,出口止回阀在管路介质和腔室真空度的影响下落到阀座上,而入口止回阀从阀座上被吸起,使介质进入到腔室中。根据止回阀的作用可知,压力变送器的数值变为负压时,很大程度上说明阀球和阀座密封面有损伤或者两者之间存在异物,此时应该单独检修止回阀。

3.3启动后高压

3.3.1启动后高压现象

隔膜泵启动瞬间正常运转,随后可明显听到隔膜的往复运动幅度越来越小,直至隔膜泵不再运转,并且出口压力变送器显示为高压,脉冲阻尼器的上触发挡板位于最高位置。

3.3.2启动后高压原因分析及判断

启动后高压通常是隔膜泵所在管路堵塞、阀门在线不正确、管路上止回阀无法开启等等原因所致。当需要判断气动双隔膜泵是否存在缺陷时,可以将隔膜泵置于打循环的管路上,此时管路上阀门较少,能更直观地判断隔膜泵的状态。出现此种情况时,应优先选择将隔膜泵置于打循环的管路上,验证隔膜泵性能的同时,也能起到保护隔膜泵的作用。

3.4启动后压力波动大

3.4.1启动后压力波动大现象

隔膜泵启动后运转正常,但出口管路上的压力变送器数值波动较大。

3.4.2启动后压力波动大原因分析及判断

由于隔膜泵本身的特性,正常运转过程中,压力会出现波动,但是当压力波动大的时候需要对泵进行必要的判断,以免损坏泵。

启动后压力波动大的主要原因:隔膜泵出口止回阀单边密封不严,致使流量变化比较大:脉冲阻尼器无法起到缓冲作用,重点检查脉冲阻尼器气源是否正常、进气阀和排气阀是否泄漏:出口压力变送器出现故障,重新校正压力变送器。

4结语

气动双隔膜泵结构简单,维护方便,没有动密封,减少了有害介质对外的排放,因此越来越多地被应用到了喷漆、陶瓷业、环保、废水处理、建筑、排污、精细化工等行业中,并具有其他泵不可替代的地位。

本文针对某核电厂调试及生产期间气动双隔膜泵出现的四种常见故障进行了分析,提供了气动双隔膜泵故障诊断的方法。