郑秋生
（河北白沙烟草有限责任公司保定卷烟厂，河北保定071000）
中图分类号：TS438文献标识码：A文章编号：1003-2738（2012）01-0000-02
摘要：本文通过对烟厂加料蠕动泵系统进行分析阐述，通过改进加料管路系统，减小管路压力损耗的方法，有效的减少了蠕动泵软管消耗，大大降低了生产成本费用。文章还给出了关于蠕动泵加料系统增加泵管寿命的一些经验与意见，对蠕动泵加料系统管路的改造设计提出了相关建议。
关键词：Masterflex蠕动泵；TygonLFL泵管；伯努利方程；当量长度
一、前言
保定烟厂蠕动泵加料系统，采用美国Masterflex蠕动泵与TygonLFL长寿命泵管，具有高流速条件可承受高压及更换维护方便等优点。但根据生产工艺需要，随着工艺参数的调整，加料负荷的增大，生产中经常出现爆管问题，软管消耗急剧增加。
二、问题的提出
1.2010年工艺指标调整前。
白沙物料流量4000kg/h，瞬时加料量252kg/h，泵管消耗如下：
日期
2
3
4
5
6
8
9
10
11
12
15
16
17
白沙批次
5
6
5
4
6
5
6
5
6
5
6
5
6
更换软管（根）数
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
2.工艺参数调整后。
白沙物料流量4300kg/h，瞬时加料量272kg/h，泵管消耗如下：
日期
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
白沙批次
2
2
3
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
更换软管（根）数
1
1
2
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
3.工艺参数调整前后对比。工艺调整前平均0.20根/批次（96元/批次），工艺调整后平均0.48根/批次（231元/批次）泵管消耗费用由以前的96元/批次提升到231元/批次，需要解决。
三、原因分析
（一）车间蠕动泵使用情况分析。
叶片加料使用的是I/P®77600-62泵，TygonLFL06429-89泵管，该泵管设计能力150-400kg/h流量，是该系列最大泵管。相比较，车间梗加香加料采用的是L/S®系列泵，叶丝加香采用的是I/P®系列泵，均工作稳定，未发现问题。但叶片加料处白沙流量从252kg/h提升到272kg/h后，软管损耗明显增多，说明负荷达到了泵管的一定限度。
（二）泵管寿命决定因素。
泵管寿命取决于泵速、泵压、泵管材质、化学相容性以及所传送的液体（介质）的磨蚀性。研磨性介质确实对软管内壁有磨损，使已知的软管壁厚变薄，从而因压缩不严产生内泄或倒流及流量下降；内泄进一步增大了内壁的磨损速度；但高质量的软管泵都应具备软管压缩的调节装置，在泵的使用过程中需不断地调整以阻止内泄和流量下降。
（三）叶片加料蠕动泵工作情况分析。
1.加料工艺调整，其料组配方没有改变，料液温度55℃没有变化。
推论1：料液化学特征没有变化。
推论2：料液物理特性没有变化。(密度ρ=1182kg/m^3)
2.叶片加料负荷增加带来了泵速的变化。
252kg/h泵速约99rpm(脉冲3300)
272kg/h泵速约168rpm(脉冲5600)
推论1：泵速增加，单位时间内软管压缩与摩擦次数增多。
推论2：泵速非规律性增加，说明出现了内泄，加大管路内部磨损。
3.叶片加料负荷变化引起了管径变化，说明泵压急剧增大。
252kg/h泵管膨胀外径25mm
272kg/h泵管膨胀外径32mm
推论1：软管膨胀明显，泵压被动增加，表面摩擦压力增加。
推论2：软管膨胀后，使泵不能很好压服泵管，出现内泄。
四、提出并确定方案
有效减小软管负荷可以有效延长软管寿命，但工艺决定了料液的流量不能改变，料液的温度与成分不能改变，综合考虑确定可选方案：通过加料管路改进，降低泵管负荷。根据伯努利方程，研究工艺变化变化前后，从泵管出口到加料出口段的流体状态变化。因无外力做功方程可写成：
p+ρgz+(1/2)*ρv^2=C
或：p1+ρgz1+(1/2)*ρv1^2=p2+ρgz2+(1/2)*ρv2^2+hf
推出：p1=p2+ρg(z2-z1)+(1/2)*ρ(v2^2-v1^2)+hf
1.管路分析。
工艺改变前后，加料系统管路没有变（即ρg(z2-z1)没变）；出料混合室压力没有变（即p2没变）；经计算(1/2)*ρ(v2^2-v1^2)变化小于100pa；主要考虑管损变化。利用伯努利方程计算压力损失：Hf=∑λ(l/d)(v^2/2)管路、弯头、碟阀、止回阀等对水流都有阻力，产生水头损失.，现场根据管径可将管路分成三段计算，如下：
主管段1（管路内径d=18-2*2=14mm）
名称
当量长度
数量
总当量长度
突然扩大
0.4m/个
1
0.4m
突然缩小
0.3m/个
1
0.3
标准弯头
0.45m/个
10
4.5m
止回阀
1.2m/个
2
2.4m
管路长度
-------
9
6.0m
流量计
5.0m/个
1
5.0m
主管段2（管路内径d=16-2*2=12mm）名称
当量长度
数量
总当量长度
管路长度（12mm）
-------
3
3.0m
管段3（管路内径d=14-2*2=10mm）当量长度
数量
总当量长度
管路长度（12mm）
-------
0.2
0.2m
2.工艺改变前后管路压力损失比较。
带入数据计算：15078-11349=3729Pa，工艺改变前后管路压力损失明显增大。
解决方法，主要考虑根据公式：p=∑λ(l/d)(v^2/2)ρ，通过降低管路当量长度，改变适当改变管路，减少管路压损，改进过程可控，出现问题可以及时回复，可行性较强，确定选定方案。
五、方案实施
现场考察决定首先将管段3，管段2，改为与管段1相同的管径；取消小弯头处的变径，来进行第一步改造，改造根据实际效果确定下一步。
名称
当量长度
数量
总当量长度
标准弯头
0.45m/个
9
4.05m
止回阀
1.2m/个
2
2.4m
管路长度
-------
9.55
9.55m
流量计
5.0m/个
1
5.0m
1.改进后当量长度计算。∑l=(0.4+0.3+4.5+2.4+9.55+5)=21m
2.改进后理论管损计算。
p1=0.070×21/0.014×1182×0.42^2/2=10946pa
3.改进后理论压损降到工艺改进前水平。
P工艺改变前=11349PaP改进后=10946pa
P改造后＜P工艺改变前
六、效果验证
2010年8月12日，进行管路改进，去掉了弯头处；适当截断了泵管长度；改变了管段2直径。
1.改进后管路消耗。
改进后泵管膨胀变形变小，泵速降到102rpm(脉冲3400)。2010年11月份叶片加料更换软管次数统计，经计算软管消耗平均0.196根/批次，软管由改造前消耗0.48根/批次，减少到改造后0.2根/批次。
2.直接经济效益。
生产白沙每批次（500万支）平均节约费用：231-70.6=160.4元，根据本厂生产情况，每年可节省30多万元。
七、结语
通过减少软管出口到料嘴管路压力损失的办法，成功解决了问题。一些烟厂也因为技术改造或工艺参数改变，出现因加料负荷改变出现加料问题。对此建议如下：改造过程中要充分考虑加料能力，加料系统尽可能贴近加料机，管径要合理，这样可有效减小管路压力损失；当出现问题时，除了考虑减少管路损耗外，可以利用伯努利方程，考虑ρg(z2-z1)，即适当减小加料所需扬程。在蠕动泵日常保养维护中，建议经常清洗管路，这样有利于减小管阻；建议在泵管表面涂抹凡士林，这样有利于减小摩擦，能降低表面温度，延长泵管寿命。
参考文献：
[1]《化工原理》·姚玉英·天津大学出版社。