煤漿流量計示數(shù)波動原因分析

楊 路

（寧波中金石化有限公司，浙江 寧波 315203）

寧波中金石化有限公司（簡稱寧波中金）氣化裝置采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝，氣化爐操作壓力1.5MPa，投煤（焦）量850t／d（摻燒石油焦）。生產(chǎn)中，煤漿通過煤漿泵加壓后輸送到工藝燒嘴，繼而噴入氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)。煤漿泵采用的是艾默里奇的雙缸雙作用煤漿泵（往復(fù)式隔膜泵），在其出口管線上設(shè)置有緩沖罐（用于緩沖脈沖能量，安裝在煤漿泵兩缸出口之間），以減小煤漿流量的波動。寧波中金氣化裝置使用了較多的流量測量裝置，其中電磁流量計應(yīng)用較為廣泛，煤漿泵出口管線上就設(shè)有3塊電磁流量計，3塊電磁流量計三選二低低值進入氣化爐安全邏輯控制系統(tǒng)中，可觸發(fā)氣化爐安全停車。

寧波中金氣化裝置運行一段時間后，系統(tǒng)提負荷時煤漿流量計示數(shù)呈周期性波動，系統(tǒng)降至原負荷后煤漿流量計示數(shù)波動現(xiàn)象仍不能消除，可能觸發(fā)氣化爐停車，嚴重危及氣化爐的安全、穩(wěn)定運行。通常多噴嘴氣化裝置中煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動時大都從煤漿流量計自身方面查找原因，一般通過調(diào)整煤漿流量計的阻尼時間以及斷電沖洗煤漿流量計（隨著運行時間的延長，電磁流量計會吸附一些含鐵的雜質(zhì)等），波動現(xiàn)象即可消除，但寧波中金采用調(diào)整煤漿流量計阻尼時間一法收效甚微。

1 煤漿流量計示數(shù)波動的可能原因分析

1.1 煤漿泵自身可能存在的問題

（1）當(dāng)煤漿泵（往復(fù)式隔膜泵）排出管路的阻力不是太大時，其容積損失主要由閥門動作的滯后性所致。進口壓力、介質(zhì)粘度、球閥開度以及管道內(nèi)介質(zhì)流速對球閥滯后性都有影響。例如：若管線內(nèi)有氣體，由于氣體的可壓縮性，會導(dǎo)致球閥動作滯后且開啟角度增大；單向閥在開啟后不能回復(fù)到原有位置，會導(dǎo)致其出口管線內(nèi)的煤漿流量過多地倒流入將要吸入煤漿的缸體；另外，球閥運行周期過長時，由于磨損嚴重、閥芯質(zhì)量下降，會導(dǎo)致球閥滯后角增大，單向閥無法運行到指定位置，導(dǎo)致煤漿倒流，進而影響煤漿泵出口流量，使其呈現(xiàn)周期性波動。采用彈簧式球閥（煤漿泵的單向閥分為2種：一種為彈簧式球閥，一種為球閥。此處所謂的2種球閥，實際上為配套不同廠家的煤漿泵，一般菲魯瓦隔膜煤漿泵采用球閥，GEHO隔膜煤漿泵采用彈簧式球閥），可改善球閥動作滯后的問題。

（2）由于某種原因?qū)е旅簼{泵某缸打量下降而引起煤漿流量計示數(shù)波動。首先，驅(qū)動液內(nèi)有空氣時，煤漿泵打量會下降；其次，煤漿泵運行一段時間后，某種原因?qū)е旅簼{進口管通徑縮小，吸入量不足，煤漿泵打量也會下降。例如，常見的由于煤漿的穩(wěn)定性差，煤漿泵入口緩沖罐內(nèi)煤漿極易沉淀，當(dāng)這些沉淀物脫落時，極易在單向閥處或者管道變徑處卡住，在煤漿吸入行程時硬塊靠近變徑處，在排出行程時硬塊遠離變徑處，周而復(fù)始，使煤漿吸入量不足，進而導(dǎo)致煤漿泵出口流量出現(xiàn)周期性波動。

1.2 緩沖罐方面的原因

往復(fù)式隔膜泵由于其活塞固有的運動規(guī)律會引起流量脈動，導(dǎo)致吸入、排出壓力的波動，對泵及管路系統(tǒng)有一定的危害。為減小排出管線中流量脈動和壓力波動，通常都會在泵出口安裝緩沖罐（含蓄能器），若緩沖罐的設(shè)計及運行方面存在一些問題，也會導(dǎo)致煤漿流量波動。具體情況主要有以下幾種。

（1）緩沖罐緩沖空間不足，不能有效緩沖煤漿的脈沖能量。寧波中金煤漿泵出口緩沖罐設(shè)計方面存在一些問題，導(dǎo)致系統(tǒng)在運行一段時間后調(diào)整煤漿泵轉(zhuǎn)速的過程中煤漿流量出現(xiàn)波動。改變（降低）隔膜泵沖次不能有效抑制流量脈動，甚至可能增大流量脈動。

（2）緩沖罐壓力低而致緩沖罐緩沖效果下降?？諝馐业闹饕δ苁撬p空氣室以后管路中液體的脈動，從而減小壓力波動。緩沖罐后管路中的流量脈動程度與隔膜泵和空氣室結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)有關(guān)。增大空氣室預(yù)充壓力可使流量脈動減輕，但空氣室預(yù)充壓力值受空氣室中薄膜壽命及其承受能力的限制，不能取值過大，過高的充氣壓力反而會加劇流量脈動。實踐表明，當(dāng)充氣壓力略低于平均工作壓力時，脈動抑制效果較佳。一般推薦緩沖罐預(yù)充壓力為泵出口壓力的60%～80%，工業(yè)生產(chǎn)中大部分緩沖罐預(yù)充壓力約為煤漿泵出口壓力的80%，各緩沖罐有一些差別。在煤漿泵出口壓力出現(xiàn)大幅波動時，調(diào)整緩沖罐壓力也就成為了一種主要手段。

（3）緩沖罐的參數(shù)對脈動衰減率的影響也較大?？諝獍肟趶焦荛L度越長，緩沖效果越差；入口徑管直徑越大，緩沖效果越差。而這2個參數(shù)也是極易被忽略的。此外，蓄能器在煤漿泵出口管路中位置的改變可以減緩脈動，安裝蓄能器后泵出口至蓄能器之間管路流量脈動率會增加，故蓄能器應(yīng)盡量安裝在靠近泵出口位置。

2 煤漿流量計示數(shù)波動原因排查

（1）查看煤漿流量計示數(shù)波動期間氣化爐爐溫及粗煤氣成分，發(fā)現(xiàn)示數(shù)波動前后氣化爐爐溫及粗煤氣成分并沒有出現(xiàn)周期性波動，由此基本上可判斷不是入爐實際煤漿流量出現(xiàn)了波動，這也可間接排除煤漿泵隔膜破裂的可能。

（2）在煤漿流量計示數(shù)波動期間，調(diào)整煤漿泵的轉(zhuǎn)速，煤漿流量計示數(shù)波動并沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)；煤漿泵恢復(fù)至波動前的轉(zhuǎn)速時，煤漿流量計示數(shù)的周期性波動現(xiàn)象也沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)。同時，還對煤漿槽液位以及煤漿泵運行沖次進行查看，發(fā)現(xiàn)并沒有規(guī)律可循。

（3）氣化裝置運行期間，現(xiàn)場查看煤漿泵出口緩沖罐壓力，并沒有下降，且緩沖罐壓力并沒有出現(xiàn)大幅波動。據(jù)了解，新能鳳凰（滕州）能源有限公司（簡稱新能鳳凰）6.5MPa多噴嘴氣化裝置運行過程中曾出現(xiàn)過煤漿泵出口緩沖罐壓力下降的情況，且壓力波動幅度較大，但并沒有出現(xiàn)流量計示數(shù)周期性波動的現(xiàn)象。寧波中金對煤漿泵出口緩沖罐壓力進行在線調(diào)整，由于煤漿流量參與氣化裝置安全聯(lián)鎖，為確保安全將煤漿流量計聯(lián)鎖解除，但調(diào)整期間煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)了更大幅度的波動。由此可推斷，煤漿流量計示數(shù)大幅度波動的主要原因在于緩沖罐壓力的波動。調(diào)閱運行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，煤漿流量計示數(shù)波動多發(fā)生在氣化爐操作壓力在1.20～1.35MPa的區(qū)間，由此推斷，氣化爐操作壓力在某一區(qū)間時，由于煤漿泵出口緩沖罐壓力不合適，從而引起了煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動；而且氣化爐運行壓力波動區(qū)間狹窄，只有0.15MPa，由此對緩沖罐的預(yù)充壓力有了更高的要求。

（4）通過將寧波中金煤漿泵出口緩沖罐的結(jié)構(gòu)形式及安裝位置與新能鳳凰進行比較發(fā)現(xiàn)，寧波中金煤漿泵出口緩沖罐空氣包入口徑管（指緩沖罐空氣包與煤漿泵出口連接處的圓形管道，簡稱緩沖罐徑管）過短，且安裝位置與新能鳳凰有較大的差別，新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐均安裝在煤漿泵出口總管上，而寧波中金緩沖罐安裝在煤漿泵兩缸出口之間?？梢?，由于寧波中金煤漿泵出口緩沖罐徑管太短（幾乎沒有）而直徑過大，導(dǎo)致緩沖罐緩沖效果不佳；同時，由于緩沖罐的安裝位置處于煤漿泵兩缸出口之間，導(dǎo)致靠近出口總管的那一缸的緩沖效果下降。簡言之，緩沖罐結(jié)構(gòu)形式及安裝位置不適宜導(dǎo)致緩沖罐緩沖效果下降，也就成為了引起煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動的原因之一。

3 調(diào)整措施

查閱煤漿泵充壓記錄發(fā)現(xiàn)，煤漿流量計示數(shù)波動時氮氣緩沖罐充壓為1.2MPa、氣化爐壓力為1.2MPa、煤漿泵出口壓力為2.0MPa，即煤漿流量計示數(shù)波動時緩沖罐壓力僅為泵出口壓力的60%。而據(jù)經(jīng)驗公式，緩沖罐的預(yù)充壓力應(yīng)為煤漿泵出口壓力的80%，即當(dāng)氣化爐操作壓力在1.2MPa、煤漿泵出口壓力為2.0MPa時，緩沖罐的壓力應(yīng)為1.6MPa。于是，將緩沖罐預(yù)充壓力調(diào)整至1.6MPa，并利用煤漿實物標定煤漿泵［一般在氣化裝置原始投料或者原料煤種更換后，為保證其安全運行，均會對煤漿泵進行實物（煤漿）標定］。調(diào)整后，在氣化爐操作壓力為1.2～1.3MPa時，煤漿流量計示數(shù)不再波動，且在煤漿泵出口壓力達到2.0MPa時，煤漿泵出口煤漿管線50m處遠傳壓力指示為1.6 MPa，與緩沖罐預(yù)充壓力一致。

4 結(jié) 論

（1）煤漿流量波動時，改變（降低）隔膜煤漿泵沖次，不能對流量脈動起到抑制作用，甚至可能增大流量脈動。

（2）寧波中金雙缸共用1臺緩沖罐的往復(fù)式隔膜煤漿泵不可在線進行緩沖罐壓力調(diào)整操作（新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐之壓力可以進行在線調(diào)整），現(xiàn)已作調(diào)整。

（3）當(dāng)煤漿泵出口緩沖罐壓力與氣化爐壓力接近時，緩沖罐的緩沖效果將大幅下降。

（4）煤漿泵出口緩沖罐的預(yù)充壓力為泵出口壓力的80%，或與距泵出口50m處煤漿管線壓力相同時，可確保煤漿流量計示數(shù)不波動。