碎煤加壓氣化爐液壓系統(tǒng)的工藝改進(jìn)

【摘 要】氣化爐液壓系統(tǒng)是保證氣化爐正常工作的關(guān)鍵設(shè)備，氣化爐液壓系統(tǒng)技術(shù)仍采用為傳統(tǒng)落后的液壓技術(shù)，面對煤制氣工藝氣化爐長周期運(yùn)行中的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的各種技術(shù)問題、故障，以及加壓氣化對液壓系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性要求的需要，結(jié)合各種液壓系統(tǒng)問題，針對性地進(jìn)行工藝改進(jìn)，既能夠滿足碎煤加壓氣化爐技術(shù)發(fā)展的需要，還能避免人力、物資備件等資源的浪費(fèi)，為企業(yè)創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

【關(guān)鍵詞】碎煤氣化；液壓；改進(jìn)

一、技術(shù)背景

目前世界上魯奇加壓氣化工藝已有80多年的發(fā)展歷史，以魯奇氣化工藝為例，氣化爐煤鎖加煤，灰鎖排灰及膨脹冷凝器上的泄壓及充水閥門均采用液壓驅(qū)動，根據(jù)泵站，蓄能站，減壓站和控制站的布置和工作壓力，整個系統(tǒng)有三個不同的壓力等級。蓄能站在約14.0MPa范圍內(nèi)操作，用于就地煤鎖、灰鎖控制站的壓力由減壓站減到6.5MPa，用于煤鎖上伐和灰鎖下伐的液壓油壓力由安裝在就地控制站的減壓閥進(jìn)一步降至3.5MPa。泵站的柱塞泵將5000L貯槽中的液壓介質(zhì)（水+乙二醇）抽出，并升壓至14.0MPa后，送入四個系列的減壓站，同時也送入蓄能站。由蓄能站或泵提供的壓力油進(jìn)入各減壓站的減壓閥、同時也進(jìn)減壓站的緩沖器，壓力油經(jīng)減壓閥減至6.5MPa，同時送入煤鎖控制站，灰鎖控制站。從油缸返回的低壓油匯入總管，經(jīng)20μm回油過濾器回到貯槽。為了清潔介質(zhì)，控制溫度，設(shè)置了泵站循環(huán)回路，即由循環(huán)泵將液壓油從貯槽抽出，先經(jīng)水冷器，再經(jīng)過20μm精過濾器過濾，返回貯槽。

二、運(yùn)行現(xiàn)狀

在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的缺陷有以下幾點(diǎn)：

1、液壓系統(tǒng)的溫度、油液壓力、液位、過濾器壓差信號等，控制室得不到有效的監(jiān)控，備用泵啟動不及時，延誤了事故處理的最佳時間。

2、由于氣化環(huán)境存在大量粉塵、檢修、加油、采樣過程中，造成液壓油二次污染，油液中的污染顆粒使液壓元件加速磨損、壽命縮短，泵、閥性能降低，甚至使閥芯卡死；還能磨損液壓缸的密封件，縮短密封件使用壽命，使液壓缸產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

3、液壓油性能對溫度較敏感，油箱的溫度得不到很好的控制。夏季運(yùn)行時，由于環(huán)境溫度較高，加之液壓管路系統(tǒng)又多分布于氣化爐附近，使液壓液溫度升高，粘度下降，泄漏量增加。冬季室外溫度較低，油液粘度增大，增大了流動阻力。

4、液壓缸接頭與固定的管路之間需用軟管連接，由于這些軟管多分布于氣化爐附近，環(huán)境溫度高，液壓油壓力高，經(jīng)常出現(xiàn)爆管；由于長期液壓缸的往復(fù)動作、換向閥換向、引起管線的劇烈震動致使接頭松動、焊點(diǎn)開焊液壓油大量漏出造成環(huán)境污染和浪費(fèi)。

5、液壓缸的動作，均有滑閥式換向閥控制，閥芯與閥體易磨損，產(chǎn)生間隙泄漏，閥芯與閥體內(nèi)孔配合間隙不當(dāng)，閥芯易卡阻。

三、技術(shù)改造情況

根據(jù)上述問題缺陷可以做出以下改進(jìn)：

1、液壓系統(tǒng)的控制引入或拓寬DCS系統(tǒng)

對液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的主要目的是：實(shí)時地，真實(shí)地反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常工作，防止意外事故的發(fā)生；對系統(tǒng)中主要元件如電機(jī)、液壓泵、換向閥、伺服元件及過濾裝置等的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對潛在故障進(jìn)行預(yù)報，防止元件突然失效導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障；預(yù)報系統(tǒng)狀態(tài)變化趨勢，對未來的運(yùn)行趨勢進(jìn)行預(yù)報，對將要發(fā)生的故障進(jìn)行報警并且給出故障處理方法及措施。為達(dá)到以上目的，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測時，監(jiān)測系統(tǒng)的主要監(jiān)測對象與內(nèi)容一般是液壓系統(tǒng)的主要工作參數(shù)，具體來說有如下幾方面內(nèi)容：

（1）壓力：

系統(tǒng)壓力綜合反映了系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)元件的工作狀態(tài)，通過對液壓泵進(jìn)出油口，重要管道內(nèi)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)出油口的壓力（或壓力差）的監(jiān)測，可以對系統(tǒng)失壓、壓力不可調(diào)、壓力波動與不穩(wěn)等與壓力相關(guān)的故障進(jìn)行監(jiān)視；

（2）流量：

系統(tǒng)內(nèi)流量的變化可以反映系統(tǒng)容積效率的變化，而容積效率的變化又反映了系統(tǒng)內(nèi)元件的磨損與泄露情況?？梢酝ㄟ^監(jiān)測重要流量變化狀況達(dá)到對系統(tǒng)及元件的容積效率及元件磨損狀況的監(jiān)視目的；

（3）溫度：

設(shè)計合理的液壓系統(tǒng)其工作溫度變化范圍是有限制的，系統(tǒng)溫度的異常升高往往意味著系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障。通過監(jiān)測系統(tǒng)溫度變化可以實(shí)現(xiàn)對與溫度變化有密切聯(lián)系的故障的監(jiān)視，如系統(tǒng)內(nèi)泄漏增加、環(huán)境溫度過高、冷卻器故障或效率降低、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度降低或出現(xiàn)爬行導(dǎo)致溢流量增加等；

2、采用增壓密閉油箱

2.1改善油泵的自吸性

水-乙二醇的比重比一般礦物液壓油要大，泵在負(fù)壓吸入時容易產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，降低油泵及液壓系統(tǒng)中其他元件的使用壽命。增壓密閉油箱的充氣壓力可連續(xù)可調(diào)，確保泵為正壓吸入，大大改善其吸入性，減少液壓系統(tǒng)中的氣蝕現(xiàn)象，增加泵、閥、液壓缸的壽命。

2.2、可以增加吸油濾芯精度

一般油箱的油泵的吸油濾芯精度不能太高，因?yàn)榫容^高的吸油濾會產(chǎn)生較大的壓差，使泵的吸油口負(fù)壓增加，更容易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，降低泵的壽命。但液壓油經(jīng)過精度較低的吸油濾芯后，液壓油的清潔度不能保證，會降低泵的使用壽命。采用增壓油箱便可以采用較高精度的吸油濾芯，更高清潔度的油液可以延長泵的使用壽命。

2.3、密閉油箱空氣管理

水-乙二醇液壓液在敞開的環(huán)境中會慢慢地?fù)]發(fā)，溶液中的水分也會蒸發(fā)，此水溶液也會吸收空氣中的水分或其他氣體成分，使性質(zhì)發(fā)生改變，嚴(yán)重時會導(dǎo)致不能使用。增壓密閉油箱使用的壓縮空氣是經(jīng)過過濾并可控制濕度，可以減少空氣對油液的污染，可防止油液的變質(zhì)，提高油液使用年限、提高泵、閥、缸等壽命與可靠性。

壓縮空氣回路中裝有減壓閥，可以調(diào)節(jié)油箱內(nèi)壓縮空氣的壓力。充氣壓力可達(dá)0.05MPa。油箱內(nèi)裝有空氣濕度傳感器，根據(jù)傳感器的濕度數(shù)據(jù)，壓縮空氣回路可以對壓縮空氣進(jìn)行干燥或加濕，保持水-乙二醇液壓液中的水分含量，延長水-乙二醇液壓液的使用時間。

油箱也可以與具有一定壓力的惰性氣體相連，油箱內(nèi)部壓力可達(dá)0.05MPa。（見圖1）

2.4、采用高精度過濾器

實(shí)踐證明，液壓系統(tǒng)80%左右的故障是由污染的油液引起的。油液中的污染顆粒使液壓元件加速磨損、壽命縮短、泵閥性能降低，甚至使閥芯卡死；還能磨損液壓缸的密封件，縮短密封件使用壽命，使液壓缸產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。因此必須保證油液的清潔度。

采用增壓油箱前提下供油濾芯、回油濾芯和吸油濾芯、循環(huán)精油濾芯可使用高精度油濾芯，有精度高、納污量大等特點(diǎn)，壓力回路過濾選用10μ級的油濾，回油過濾選用10μ級的油濾，循環(huán)精油濾選用5μ級的油濾凈化能力可達(dá)到NAS6級。所有過濾器全部帶污染電指示器，可實(shí)現(xiàn)堵塞報警。

3、采用先進(jìn)的取樣措施

系統(tǒng)中設(shè)置采樣閥，為保證采樣過程中油液不受到二次污染，采樣閥與采樣接頭采取零泄漏結(jié)構(gòu)，采樣瓶采用潔凈程度符合要求的專用容器。

（1）從運(yùn)行中的液壓系統(tǒng)管路中取樣。

液壓系統(tǒng)管路取樣裝置（見圖2），裝置分為固定連接部分和可拆部分。在使用前將固定連接部分即帶有單向閥的快換接頭體永久地安裝在取樣口上，并蓋上防塵罩，可拆部分僅在取樣時使用。

取樣點(diǎn)的位置隨液壓系統(tǒng)不同而不同，但應(yīng)選擇在固定顆粒污染分布最具代表性的位置上。

（2）在運(yùn)行的液壓系統(tǒng)油箱內(nèi)取樣

油箱取樣裝置見圖3。

在油箱的側(cè)面尋找一個合適的部位，大約H/2液面深度的位置確定取樣開口，并安裝好快換接頭。

4、采用防爆管漏油措施；

管路防爆閥在正常工作時可保證管路暢通。如管路中出現(xiàn)爆管，總管流量超出設(shè)定值時管路防爆閥關(guān)閉，切斷爆管管路，避免液壓油大量漏出造成的污染和浪費(fèi)，保證其它液壓系統(tǒng)工作正常，在多執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)中采用管路防爆閥是必要的。

5、先進(jìn)的油箱油溫PID控制技術(shù)

液壓系統(tǒng)的正常工作油液溫度為30～55℃。采用PID控制與模糊控制相結(jié)合的智能控制方法保證油箱中的油液溫度正常。

當(dāng)油液溫度在30～55℃之間，可以不采用模糊自適應(yīng)PID控制；當(dāng)油液溫度大于50℃時，采用模糊自適應(yīng)PID控制，電磁水閥的電磁鐵得電，電磁水閥打開，冷卻器投入工作，進(jìn)行冷卻；當(dāng)油液的溫度無法得到冷卻，油液溫度大于55℃時，溫度控制回路發(fā)訊報警。

此時要檢查有無冷卻水、水過濾器是否堵塞、冷卻器水垢太多使冷卻器無法冷卻；當(dāng)溫度低于25℃時，溫度控制回路發(fā)訊，使加熱器開始工作。保證油泵能正常吸入油液。

溫度控制系統(tǒng)的被控對象具有非線性、大慣性、滯后性等特點(diǎn)，而且溫度控制易受被控對象、環(huán)境等因素的影響，難以確立精確的數(shù)學(xué)模型。

使用模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)對非線性、滯后性和不確定性等的處理能力，既具有模糊控制靈活、響應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又具有PID控制精度高的特點(diǎn)。

四、改造后經(jīng)濟(jì)分析

氣化爐液壓系統(tǒng)改進(jìn)工藝，適用于國內(nèi)外碎煤加壓氣化工藝。以上的改進(jìn)極大降低了因液壓系統(tǒng)故障造成氣化爐降負(fù)荷或停車的頻率。

有效地節(jié)省了液壓油、氮?dú)?、人力等資源，避免了浪費(fèi)，減輕了液壓油外泄對周邊環(huán)境的污染。解決了因滑閥式換向閥加工精度難于國產(chǎn)化的問題，避免因每年進(jìn)口大批換向閥產(chǎn)生的巨大浪費(fèi)。

減小環(huán)境污染，降低氣化爐因液壓系統(tǒng)故障而停車的頻率，延長泵、馬達(dá)等液壓元件的使用壽命等帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益。有效地避免因操作工誤操作引起的事故。經(jīng)濟(jì)效益顯著：以1臺氣化爐每年消耗的氮?dú)猓簤河蜑槔?/p>

99.99%氮?dú)猓?80.00×10瓶=2800.00=0.28萬元

液壓油：18000.00×2桶=36000.00=3.6萬元

進(jìn)口換向閥：2500.00×8個=2萬元

合計：5.88萬元

五、結(jié)論

目前我國煤炭資源中褐煤和長焰煤等所占比較最大，約占60%以上。碎煤加壓氣化的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以采用高水分、高灰分、低熱值的煤種安全穩(wěn)定大型化生產(chǎn)。

而碎煤加壓氣化的煤、灰鎖的密封、進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換必須依靠液壓驅(qū)動的上、下錐及其充、泄壓液壓角閥來完成。

而國內(nèi)在煤制天然氣、煤制甲醇、煤制合成氨及煤間接液化工藝路線上都有采用碎煤加壓氣化爐，總計運(yùn)行約有50臺以上氣化爐，單臺爐每年節(jié)約5.88萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

因此碎煤氣化爐液壓技術(shù)的改進(jìn)對于推動煤化工技術(shù)發(fā)展點(diǎn)到了很好的設(shè)備可靠性基礎(chǔ)，具有很好的示范作用

張昕光：

出生于1969年5月，畢業(yè)長春工業(yè)大學(xué)，助理工程師，長期從事加壓氣化液壓、設(shè)備管理工作。