高五洋
岳阳恒忠机械工程技术有限公司 湖南岳阳 414000
摘 要
通过对往复式高压泵的柱塞、阀座、填充料等易损件在材质、结构等方面进行技术攻关改进，提高了往复式高压泵的运行周期，减少了配件消耗费用，增加了产量，提高了效益。
关键词：往复式高压泵；易损件；材质；结构；改进；寿命
前 言
随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有往复式柱塞泵是实现高压﹑高速化﹑大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，普遍用于飞机液压系统、操纵系统及航空发动机燃油系统中。
1 裂化剂高压往复式高压泵概述
中国石化催化剂有限公司长岭分公司,目前有往复式高压泵六台，在裂化剂生产制造过程中，往复式高压泵是一种比较关键的设备，其主要作用是将成胶工序中生产出的胶体施以高压令其进入喷雾干燥塔内干燥成型。
然而它们都是上世纪７０年代上海大隆高压泵厂的老产品。该泵技术落后，外形笨重，能耗高，检修、维护工作量很大，备品、配件费用高。 由于制备裂化剂车间的物料中含有一定量的二氧化硅等颗粒及大量盐酸，二氧化硅等颗粒会对往复式高压泵造成磨损，同时，盐酸会腐蚀往复式高压泵，使往复式高压泵的关键配件使用寿命大大缩短，检修频繁。随着裂化剂产量的逐年增加，再加上成胶高固含量工艺的采用，往复式高压泵的关键配件受物料冲刷，腐蚀、磨损也进一步加剧，高压泵的故障问题已经严重影响了装置的正常生产，难以实现装置长周期运行、生产的目标,成为久攻未克的难题。
就微球装置往复式高压泵P1806-1、P1806-2从2019年1月至2019年 12 月的运行情况看，平均运行周期仅为16-30天，且造成频繁的检维修工作。为提高往复式高压泵运行周期，提高配件使用寿命，对往复式高压泵的关键配件进行技术改造已迫在眉睫。
2 裂化剂复式高压泵问题分析
由于催化裂化剂车间物料中含有二氧化硅固体颗粒及氯离子，二氧化硅是一种坚硬难溶的固体，而氯离子含量大，易破坏金属表面的保护膜，所以氯离子对金属有较强的腐蚀性。从设备运行的实际情况看，输送催化剂物料的往复式高压泵在短时间内就会出现柱塞密封处泄漏或不上量（倒缸）等等现象。设备解体检修时发现柱塞表面有划痕且腐蚀成麻点状、阀座腐蚀、阀球损坏、密封圈损坏、缸壁有沟槽等等配件损坏现象。配件耐磨、耐氯离子腐蚀性能差，使往复式高压泵的关键配件如柱塞、阀座、阀球、密封装置的使用寿命短，配件消耗量大，年配件消耗费用约为18．8万元/台年（含导向套、盘根）。
2.1柱塞磨损问题分析
往复式高压泵中填料与柱塞之间存在相对运动，填料装入填料箱内以后，当拧紧压盖螺栓时，柔性软填料受压盖的轴向压紧力作用产生弹塑性变形而沿径向扩展，对轴产生压紧力，并与轴紧密接触。但由于高压泵运行一段时间后，静止的盘根与作往复运动的柱塞间会有一些磨损，此时若压紧盘根密封性不足时，物料中含有的固体颗粒便进入盘根里，会与往复运动的柱塞表面摩擦，柱塞表面的硬度不够高，造成柱塞表面产生划痕磨损。加之裂化剂介质有酸、碱、盐类溶液成份，容易发生电化学或化学腐蚀，特别是物料中的氯离子长期作用于柱塞表面，使柱塞表面保护膜破坏，因而柱塞表面发生点蚀，造成柱塞腐蚀。
2.2填料问题分析
往复式高压泵中填料是一种弹性填料，当受到轴向压紧后，产生摩擦致使压紧力沿轴向逐渐减少，同时所产生的径向压紧力使填料紧贴于轴表面而阻止介质外漏，对密封填料的弹性分析可知，在恒定应变作用下，密封填料固化产生明显的应力松驰，严重的应力松驰必然导致填料的密封作用早早失效，从而降低密封工作的稳定性和可靠性。
2.3阀体问题分析
如图1所示，阀球在进排液过程中，阀球上下运动与阀座表面接触、撞击，使阀座表面磨损、阀球变形、阀座腐蚀、长久下异物卡在阀座与阀球接触表面；因为压震使阀座与限位套间的O形圈损坏，物料冲刷缸壁等造成物料回流倒缸。
往复式高压泵的关键配件如柱塞、阀座、阀球、密封装置的使用寿命决定往复式高压泵的运行周期。
因此决定根据往复式高压泵输送介质及物料温度、压力情况对往复式高压泵的易损件在结构、材质上作些技术改造，以提高其使用寿命。
3裂化剂现采用的措施及存在的问题
3.1柱塞
柱塞材质采用 2Cr13，柱塞经调质处理后表面硬度为HB=290通过改变柱塞材质来提高柱塞耐磨损、耐腐蚀的能力。车间尝试进行表面喷涂来提高材料耐磨特性，但因为价格原因，改良效果并不理想（表面喷涂易裂，脱落）而放弃表面喷涂层工艺，后改为氧化锆陶瓷柱塞。
3.2氧化锆陶瓷柱塞
氧化锆陶瓷柱塞材质硬度高、表面光滑，本身特性与温度变化没有关系！但是轴结构是采用骨架镶料，内外材质不一，膨胀系数不一，对温度的骤变敏感。轴与填充物料由于滑动接触面较大，摩擦产生的热量大，填料的导热性能差，摩擦产生的热量传不出去，致使柱塞骤冷骤热，在使用上要进行水冷循环。依微球车间P3806-1#高压泵P3806-3#高压泵上使用记录显示，使用改良效果微弱，最后因柱塞表面有划痕漏胶更换，且冷却水用水量过大。
3.3填充料
微球车间采用混纺纤维浸四氟盘根与酚醛夹布树脂胶木作的导向套。
混纺纤维浸四氟盘根填料圈数越多，轴向高度越大，径向比压分布越不均，且在压力下容易固化成型，摩擦磨损严重！酚醛夹布树脂胶木径向自动补偿能力较差，两种材质散热冷却能力不够，依微球车间记录查询使用寿命最多2个月。
3.4阀座
阀座材质为0Cr18Ni9(即304)，阀球材质为尼龙六。但是奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。依微球车间P3806-1#高压泵上使用情况汇总，使用寿命约2个月左右。
裂化剂车间对高压柱塞泵做出大量的改良，使用效果还是没有得到明显的提升，成为周期性技术问题，困扰公司生产经营！
4技术问题综合解决方案
4.1柱塞解决方案
采用2Cr13为基体，加固体碳化钨合金柱塞表面喷涂。即以金属钨和碳合金原料。碳化钨喷涂层的硬度一般是HV1200以上,附着力强,硬度高、高耐磨、抗冲击、耐腐蚀、热稳定性好、抗疲劳、抗热震与爆震强的新型材料。
柱塞的加工全过程数控机床机加，严格控制加工精度，提高了配合要求！
4.2阀座解决方案
采用高强度合金钢；一种重要的结构金属，强度高、耐蚀性好、耐热性高。
高强度合金钢在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于一般不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等也有优良的抗腐蚀能力。
加工的精度决定配件之间配合性质的稳定性和联结强度，从而影响零件的疲劳强度。所以阀座有必要整件采用数控机床加工，提高配合精度。
4.3填充料解决方案
针对上面分析材料特点，我们采用组合填料设计，设置主填料筒与副填料筒，材料为不锈钢环与国外进口填料；如图4
一个填料端环（不锈钢支撑环与国外进口填料端环组合件），将有国外进口填料端环面朝上，安装在主填料筒内，再按三、二、二把填料用两隔环隔离，再装一个填料端环，此时填料端环有填料端环面朝下装好，组成主填料筒。
一个填料端环（不锈钢支撑环与国外进口填料端环组合件），将有国外进口填料端环面朝上，安装在副填料筒内，再按一、一、一把填料用两隔环隔离，再装一个填料端环，此时填料端环有填料端环面朝下，再把副填料筒并帽及两O形圈装好，组成副填料筒。
以上方案为我们在同工况环境改造成功案例，综上改良后，关键性配件预期最小使用寿命在6-8个月，对比裂化剂车间往复式高压柱塞泵2019年使用状况提升寿命3-4倍以上！
结 论
经改装工艺后，配件使用寿命从约2个月更换一次延到6-8个月，对比前后维修成本，不含人工费用；不计增产量，节约配件维修成本费用118300万元.不仅满足生产要求，而且减少了维修工人的劳动强度，大大缩短了检修时间，减少了停工检修次数，减少了维修的工作量，使生产能连续高产量地进行。为催化剂的生产带来了产量、收率、效益。