容積式隔膜泵氮氣緩沖器隔膜非正常破裂原因分析

李之學

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

隔膜泵是氧化鋁生產溶出工序的核心設備直接影響到生產的穩定運行，隔膜泵的緩沖器多采用預填充氮氣的隔膜式緩沖器，這種緩沖器因為有橡膠隔膜的密封具有體積小、緩沖效果好的特點，在同類型泵中具有廣泛的應用，但橡膠隔膜的使用壽命通常較短而導致隔膜壽命縮短而破裂的因素又有很多，給設備的正常運行造成一定的被動，因此要確保設備正常運行就必須通過不斷的總結分析原因，并有針對性的采取措施以確保設備和生產的穩定運行。

1 氮氣緩沖器工作原理

氮氣緩沖器是一個承壓容器，在緩沖器內部安裝有橡膠隔膜，橡膠隔膜填充氮氣將容器分為氮氣空間和輸送介質的空間如圖1，泵輸送的液體實際是不可壓縮的，因此容積泵的周期性輸送礦漿會在管路里產生有較大危害的脈動沖擊。氮氣緩沖器是利用氣體的波義爾原理通過氣體體積與壓力的變動，氣體被壓縮壓力下降時，壓縮氣體膨脹，進而將氮氣緩沖器內的液體壓入管路。通過這種方式達到吸收脈動沖擊減緩管路振動，降低噪聲，保護容積泵，提高管路的安全性。

圖1 氮氣緩沖器

圖2 非正常損壞橡膠隔膜

2 氮氣緩沖器使用情況介紹

氧化鋁公司溶出車間管道化機組使用了9臺荷蘭威爾公司的TZPM-2000型隔膜泵4臺低壓泵每臺泵出口安裝各一個氮氣緩沖器，5臺高壓泵每臺泵出口串聯安裝2個氮氣緩沖器，根據正常的使用壽命要求需要每年更換氮氣緩沖器中的橡膠隔膜，但由于生產和操作中的原因仍然會有部分橡膠隔膜無法達到使用的壽命，給生產造成被動同時也導致設備的維修費用和故障率居高不下。

3 導致橡膠隔膜損壞的常見原因

（1）氮氣填充壓力不合適。氮氣緩沖器在工作之前需填充一定壓力和數量的氮氣，氮氣的填充壓力并無固定值，在運行壓力穩定的時候按照運行壓力的60%填充，只要填充壓力不低于運行壓力的30%不高于運行壓力的80%即可，而非正常損壞的橡膠隔膜中主要是底部破裂如圖2這種橡膠隔膜底部硫化板脫落或底部橡膠因氮氣緩沖器“擊底”造成的泄露，主要原因是因為氮氣緩沖器的工作壓力高于了運行壓力的80%造成的，當氮氣緩沖器的壓力較高時會導致橡膠隔膜在運行中沖擊氮氣緩沖器的底部造成橡膠隔膜的頻繁沖擊損壞，而造成氮氣緩沖器壓力高的原因既與填充壓力不合適有關也與隔膜泵的進料不足造成出口壓力不穩定有關，當隔膜泵出口壓力運行不穩定的情況下按照30%填充氮氣可有效緩解橡膠隔膜對緩沖器底部的沖擊，同時要盡快查明造成壓力不穩定的原因。

（2）進料壓力過低進料量不足。容積泵具有較高的出口壓力，但對礦漿的抽吸能力卻很差，正常的運行情況下需要通過供料槽內的高液位自壓保持隔膜泵的穩定供料，根據隔膜泵輸送的礦漿的密度理論計算結果隔膜泵的供料槽液位需要保持在10m以上。

但是管道內的結疤、進料管道的長短、進料管道上采用的閥門以及彎頭、三通等都會影響到隔膜泵的進料，而且一臺供料槽會向多臺泵供料，多數情況下進口管道和閥門的安裝位置也會產生相互影響，隔膜泵的進口閥門因為施工和集中操作的原因會并列安裝在同一水平位置，這樣當輸送的流量較高時并排的閥門進料無可避免產生相互影響而導致隔膜泵的進料不足從而影響其穩定運行造成出口壓力的波動，這種情況下需要盡快對隔膜泵的進口管道進行清理，減少穩定進料的不良影響并盡可能的提高供料槽的液位以提高供料壓力。

（3）進料補償器緩沖量不足。進料補償器時隔膜泵供料槽到隔膜泵進口之前的一個小容積的儲罐，起到保持隔膜泵平緩、穩定供料的作用，氧化鋁公司的高壓泵進料補償器容積是1.8m3低壓泵的進料補償器容積只有0.8m3，低壓泵的進料緩沖器容積遠遠小于高壓泵的進料補償器容積，相同的情況下進料補償器容積大能夠為隔膜泵的進料提供更多的緩沖量，通過實際的運行觀察，當隔膜泵供料處于不穩定狀態時采用大容積補償器的隔膜泵有更好的緩沖補償效果。

（4）管道內的積料及淤塞清理不徹底。隔膜泵的進料管道要保持定期的檢查清理，對于輸送容易結晶或結疤介質的隔膜泵而言，隨著運行時間的推移如果不定期清理管道內淤積的料漿或結疤會對管道的輸送能力產生非常大的影響，由于工藝原因限制這些管道的清理要么采用人工清理要么利用高壓水沖洗清理但是無論是人工還是高壓水清理都難免有清理不到的死角，所有即便是大部分管道內的積料被清洗干凈，短時間內仍可保持當時的進料量，但是未能清洗干凈的部位極易形成“瓶頸”從而再次影響進料穩定性。

（5）備件的質量問題。由于橡膠制品本身存在老化過程，因此備件的質量問題包括兩個方面一是生產出來的橡膠隔膜的性能達不到使用的技術要求，另一方面是由于備件存放周期較長導致的橡膠老化而難以達到使用技術要求，要落實備件質量方面的問題首先要確定好備件的生產日期以及倉儲條件是否能夠達到要求，避免因存儲周期過長存儲條件不善而導致橡膠老化而失效。

4 處理措施

綜上所述造成氮氣緩沖器隔膜破裂的因素除隔膜的質量問題以外幾乎全部與隔膜泵的進料穩定性有關，因此要確保氮氣緩沖器橡膠隔膜的使用壽命的重點在于穩定進料量，利用檢修時間對進料到補償器的管道徹底檢修，確保沒有結疤，保證暢通，必要時加大供料槽到隔膜泵閥門的管道直徑，確保隔膜泵充足進料。

5 結語

隔膜泵發展至今已經有幾十年的歷史了，技術性能及成熟性處于穩定期，改進提高主要集中在局部細節問題上對實踐中出現的問題進行分析總結不斷進行細節的優化提升。