气动隔膜泵在分子筛闪蒸干燥器进料中的应用
刘崇磊
中国石化催化剂有限公司齐鲁分公司 山东省淄博市周村区 255300
摘要：随着化工企业环保管控越来越严格，原有软管泵一旦泄露，造成大量物料泄漏，对周围环境造成严重污染。气动隔膜泵以压缩空气为动力源，具有耐腐蚀、防爆、占地面积小以及不需电源等优点，并可以有效减少由于化学物质残留导致的环境污染。通过本次对闪蒸干燥器进料装置的改造，气动隔膜泵得到了很好的应用，不仅提高了分子筛产量，保证了分子筛质量，提高了化工厂生产能力和经济效益，也改变了现场跑冒滴漏现象。［1］
关键词：气动隔膜泵；闪蒸干燥器；分子筛进料；稳压输送
前言
在现代化学工业、石油炼制工业、食品工业、环境治理及其他一些工业部门中，催化剂的广泛应用不仅可以大幅度的提高产品质量、增加理想产品的收率，而且可以降低产品成本，并且能够合成用其他方法不能制得的很多产品。因此，在目前的石油炼制工业中，除蒸馏、脱蜡、脱沥青等物理分离过程中不使用催化剂外，在裂化、烷基化、聚合、异构化、加氢精制、加氢裂化、重整、脱氢等化学转化过程中，催化剂已占据了绝对统治地位。
FCC催化剂生产工艺主要是以Y型分子筛为主活性组元，与基质黏结后喷雾干燥成型，经焙烧、过滤洗涤、气流干燥制备成为催化剂成品。Y型分子筛制备分为NaY分子筛合成和改性两个过程，其中工业中普遍应用的分子筛改性方式包括水热法、气相法和液相法。
由于制备分子筛和催化剂所使用原材料性质不同，形态各异，同时在分子筛晶化、催化剂成胶等工序中还会形成流动性差、粘度大、腐蚀性强的胶体或浆液，这就需要各种规格型号和性能特点的输送设备来实现物料的顺畅输送。目前，催化剂生产过程中液体介质的主要输送设备有离心泵、三柱塞高压泵、软管泵、电动单隔膜计量泵、磁力泵等；固体粉料输送设备主要有螺旋输送器、气力输送成套设备等。为防止输送设备泄漏，减少物料损耗，采用了动力密封、机械密封、填料密封、静密封为主的多种密封技术和以不锈钢、工程塑料、钢衬材料、树脂等优质的制造材料。
1.现状分析
目前，分子筛制备工艺中闪蒸干燥器进料设备采用RGB系列软管泵，该设备通过多条压辊连续碾压软管驱动物料形成一定的压力和流量，配合变频器的使用实现分子筛浆液定量、定压输送。软管泵运行过程中，多条压辊连续压紧橡胶软管，采用脂润滑来减少压辊和软管之间的滑动摩擦力、提高软管使用寿命。在使用时，软管容易出现橡胶老化、磨损和硬化，导致软管泵输送能力下降、压头降低，设备效率降低，一旦出现破损，泄漏出的分子筛和润滑油混合引起润滑失效、且极难清理，而闪蒸干燥器将处于空载高温状态，引发闪蒸喷枪烧结、分子筛物料跑损、产品产量质量下降。RGB系列软管泵检修周期约2个月/次。
2. 气动隔膜泵的比选
气动隔膜泵是采用压缩空气为动力源。属于容积泵，虹吸高度达7米 ，扬程达50米；流动性能好，充许流过介质最大颗粒直径达10mm；抽送泥浆、杂质时，对泵磨损甚微；该泵抽送介质与工作介质完全隔开，输送介质不会向外泄漏；可以浸没在介质中工作；可输送较粘的液体；无须用油润滑，即使空转，对泵也无任何影响。使用于各种带颗粒的液体，高粘度、易发挥、居毒的液体与腐蚀性液体及胶质液体均不需灌引水、能予以抽光吸尽，防火防爆。［2］
气动隔膜泵和电动隔膜泵的区别及优势：气动隔膜泵是用气作为驱动，不用电，保证设备的使用安全性高，扬程比电动的高，流量比电动隔膜泵的大；占地面积小；重量轻。在这里我们选用气动隔膜泵。
气动隔膜泵主要输送的是分子筛浆液，（分子筛浆液物理性质），腐蚀性较强，隔膜泵材质的选择以优良的耐腐蚀性为主要考虑因素。
通过调查发现，目前一般被使用到生产隔膜泵的材料主要有四种，第一种是塑料，其特点是生产的成本比较低，而且容易成型；第二种是铝合金，生产的成本相对高一点，但是寿命长，后期维护简单。第三种是铸铁，强度高而且可以使用的范围比较宽广；第四种是不锈钢，其最大的特点就是不容易被腐蚀。我们选择采用316L不锈钢制作泵体。
隔膜片是隔膜泵的易损件，其寿命基本就是隔膜泵的运行周期，隔膜片材质的选择是隔膜泵制作的重点。
通过对比丁晴橡胶、氯丁橡胶、聚四氟乙烯性能，聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀性，选择了聚四氟乙烯隔膜膜片。
给闪蒸进料，根据闪蒸进料量选择合适的泵型；闪蒸进料量为1.2m3/h左右。
经过比选，最终定制的隔膜泵参数见表
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名称/ |
型号/规格 |
数量 |
参数 |
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气动隔膜泵 |
DPQ-25 |
1台 |
泵型：气动隔膜泵， 流量：2~4m3/h 扬程：10m 泵体材质：316 膜片材质：PTFE 连接方式：法兰连接 进口尺寸：DN25，PN16 RF 出口尺寸：DN25，PN16 RF 空气消耗量：1.7m3/min 气源压力：0.3MPa 当供气压力为0.7MPa，在没有扬程的情况下，最大流量可以达到9m3/h，当扬程增大时，流量会相应减小。 |
3．在分子筛进料装置中的实际应用
3.1本次优化是改变动力泵的形式，增加稳压装置的一种闪蒸干燥器进料方式。
该进料装置优化包括：进料泵选型及部件材质优化、物料输送稳定优化、泵压力流量优化控制。
3.1.1选用气动隔膜泵并更改部件材质，隔膜膜片选用四氟膜片，由膜片接触物料。
3.1.2泵出口增加稳压设备，稳定出口压力；气动控制增加压力稳定装置，在风管线上加一减压阀，实现气动稳定控制。
3.1.3气动控制取代电动机，一减少了设备使用空间，二杜绝了触电的风险点。
3.1.4泵出入口管线流量计、自控阀和风管线自控阀接入分布式控制系统（简称DCS），泵出口管线流量计与泵入口自控阀门形成流量自控联锁，能根据在DCS中设定的流量值自动调节泵入口自控阀门开度，实现定量进料；气动隔膜泵停止运行时，物料依然可以通过泵自流进入闪蒸干燥器，不及时关闭手动进料阀门，易造成闪蒸干燥器卡堵，为解决这一问题，将泵进风自控阀与泵入口自控阀形成自控联锁，当泵进风自控阀开启时，泵入口自控阀开启，当泵进风自控阀关闭时，泵入口自控关闭。
3.2附图及附图的简要说明
3.2.1图一所示：RGB系列软管泵示意图
软管泵通过压辊碾压橡胶软管驱动物料。
图一 RGB系列软管泵示意图
3.2.2图二所示为：闪蒸干燥器分子筛进料装置示意图
图中①为泵，选用气动隔膜泵，气动隔膜泵是采用压缩空气为动力源。扬程达50米，出口压力、6kgf/cm2；流动顺畅，通过性能好，充许通过最大颗粒直径达10mm；抽送泥浆、杂质时，对泵磨损甚微；该泵抽送介质与工作介质完全隔开，输送介质不会向外泄漏。
图中⑧为气动隔膜泵泵体，气动隔膜泵主要输送的是分子筛浆液，（分子筛浆液物理性质），腐蚀性较强，隔膜泵材质的选择以优良的耐腐蚀性为主要考虑因素。我们选择采用316L不锈钢制作泵体。
图二 闪蒸干燥器分子筛进料装置示意图
图中⑦为气动隔膜泵隔膜膜片，隔膜膜片是隔膜泵的易损件，其寿命基本就是隔膜泵的运行周期，隔膜片材质的选择是隔膜泵制作的重点。聚四氟乙烯（Poly tetra
fluoroethylene，简写为PTFE），一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料”。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。考虑聚四氟乙烯良好的耐腐蚀性，选择了聚四氟乙烯隔膜膜片。
图中②为稳压罐，采用低进高出形式，圆柱形罐体，有效提高泵出口管线至闪蒸干燥器喷嘴之间的有效容积、缓解压力波动冲击，稳定出口压力；
图中④为泵进口自控阀，与图中⑤进风自控调节阀形成联锁自控，当供风自控阀门关闭时，泵进口自控阀关闭，当供风自控调节阀开启时，泵进口自控阀开启；
图中⑥为出口流量计，与图中④泵进料自控阀形成流量自控联锁，在分布式控制系统（简称DCS）中设定进料流量，能根据设定流量值自动调节泵入口自控阀门开度；
图中⑨为风管线减压阀，因为供风压力不稳定，易导致气动隔膜泵运行频率不稳定，造成物料输送流量不稳定，加一减压阀，能稳定风压，进一步稳定物料输送流量。
3.2.3图三所示：闪蒸干燥器喷淋效果示意图
闪蒸干燥器的喷淋效果直接影响分子筛产品的质量，喷雾颗粒大小均匀对分子筛质量非常重要，出口压力稳定，能保证分子筛颗粒的大小均匀程度，另一方面也能减少闪蒸干燥器烧枪的次数。
图三 闪蒸干燥器喷淋效果示意图
4．结论：
根据主要参数，选用气动隔膜泵，316L材质泵体，聚四氟乙烯隔膜膜片，在泵出口增加稳压罐和流量计，在泵入口增加自控阀门，在供风入口管线增加自控阀门，并形成联锁，应用到分子筛生产过程中的给闪蒸干燥器进料中。
4.1将进料装置投用后，连续正常运行6个多月，较之前的两个月大大延长了使用寿命，闪蒸干燥器卡堵问题由月均2次减少至半年2次，实现了连续化生产，提高了分子筛产量约200t/a；
4.2气动隔膜泵出现故障时不会发生物料泄漏，减少了泄漏对周围环境的污染；
4.3增加自控联锁和稳压罐，使出口压力更加稳定，闪蒸干燥器进料流量波动范围由0.2m3/h减小至0.1m3/h，喷雾效果稳定，闪蒸气氛温度波动减小，分子筛颗粒大小均匀程度提高，分子筛产品质量提高了一个百分点。
参考文献：
［1］唐世旺.气动隔膜泵在化工生产装置中的应用［J］. 山东化工，2009（10）：26-28.
［2］张国钊，张恩勇，张恩贵.气动隔膜泵的选用［J］. 化工设计，2015（04）：23-25+1.
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