GEHO活塞隔膜泵在多噴嘴水煤漿氣化裝置的應(yīng)用

栗 銘

(恒力石化(大連)煉化有限公司， 遼寧大連 116300)

恒力石化(大連)煉化有限公司(簡稱恒力煉化)煤制氫氣化車間采用由華東理工大學(xué)及兗礦國拓工程科技有限公司共同研發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，共配置6臺氣化爐，采用5開1備的運行模式，單臺氣化爐設(shè)計投煤質(zhì)量流量為3 000 t/d，操作壓力為6.5 MPa，自2019年2月15日首套氣化爐投料至今，已實現(xiàn)5臺氣化爐同時滿負(fù)荷運行。

由于石油化工生產(chǎn)連續(xù)性較強，關(guān)鍵設(shè)備的長周期運行決定了整套裝置運行的穩(wěn)定性，高壓煤漿泵作為氣化爐進(jìn)料的關(guān)鍵設(shè)備，其運行的穩(wěn)定直接決定了氣化爐的運行周期。荷蘭GEHO ZPM系列雙缸雙作用活塞隔膜泵已在多個多噴嘴水煤漿氣化裝置中應(yīng)用，運行較穩(wěn)定。恒力煉化選用GEHO ZPM900雙缸雙作用活塞隔膜泵(簡稱GEHO活塞隔膜泵)作為氣化爐進(jìn)料的高壓煤漿泵，輸送質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～62%煤漿，通過1 a多的運行跟蹤，使用效果較好。

1 GEHO活塞隔膜泵介紹

恒力煉化選用的GEHO活塞隔膜泵(見圖1)共4個缸，每個活塞通過推進(jìn)液驅(qū)動隔膜，再抽吸煤漿；曲軸每轉(zhuǎn)1圈，2個雙作用活塞共進(jìn)行4次吸料沖程和4次排料沖程；每側(cè)的2個缸供應(yīng)1個燒嘴的煤漿量，泵的總流量是4個隔膜室的總流量；2個活塞間的曲軸夾角為90°。GEHO活塞隔膜泵設(shè)計最大體積流量為120 m3/h，額定出口壓力為9.6 MPa，最大排量時的沖次為每分鐘56次，最大排量時的泵軸功率為341 kW，正常排放體積流量為78～90 m3/h；泵的進(jìn)口和出口每側(cè)設(shè)置脈動緩沖罐，用于緩沖管線內(nèi)煤漿脈動，降低煤漿流量波動，入口緩沖罐容積為75 L，出口緩沖罐容積為150 L。

圖1 GEHO活塞隔膜泵外形圖

整套GEHO活塞隔膜泵主要由可編程邏輯控制器(PLC)控制系統(tǒng)、變頻器、主電機、主減速機、動力端設(shè)備、液力端設(shè)備等組成。PLC觸摸屏可監(jiān)控泵的運行參數(shù)、泵的報警信號和故障信號，控制泵的啟停、手動注入排出推進(jìn)液，可通過就地和遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)場或由集散控制系統(tǒng)(DCS)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；動力端主要由大齒輪、曲軸、連桿、十字頭等部件組成[1]，通過大齒輪帶動曲軸轉(zhuǎn)動從而帶動活塞做往復(fù)運行，大齒輪及十字頭通過潤滑油泵噴油潤滑；液力端主要由推進(jìn)液系統(tǒng)、活塞裝置等組成，推進(jìn)液系統(tǒng)由儀表二位三通閥、電磁閥、推進(jìn)液泵及推進(jìn)液油箱組成，通過監(jiān)測隔膜的位置變化，控制二位三通閥的開關(guān)以控制隔膜室的補油和排油。

2 GEHO活塞隔膜泵主要聯(lián)鎖

為了保護泵的穩(wěn)定運行，降低運行中出現(xiàn)的故障對泵的機械部件損壞，泵自身通過PLC設(shè)置運行邏輯及保護聯(lián)鎖。

聯(lián)鎖控制邏輯為：

(1) 潤滑油泵(M2)電機停，煤漿泵聯(lián)鎖停。

(2) 潤滑油泵出口流量(FISLL2)低報警，低低煤漿泵聯(lián)鎖停。

(3) 煤漿泵出口壓力(PIT3A/B)高(>10 080 kPa)報警，高高(>10 560 kPa)煤漿泵聯(lián)鎖停。

(4) 推進(jìn)液泵(M6)出口壓力(PIT6)低于800 kPa報警，低于900 kPa泵啟動，高于1 400 kPa泵停止。

(5) 隔膜檢測位置低于6.3 mm，隔膜室補油；隔膜檢測位置高于150.3 mm，隔膜室排油。

3 存在的問題及解決方法

3.1 潤滑油流量低

2019年2月15日6#氣化爐投料后，整個氣化系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，2月20日00:06：00，6#氣化爐高壓煤漿泵P603A因潤滑油泵出口流量低低，聯(lián)鎖跳車，氣化爐AB燒嘴聯(lián)鎖跳車，氣化爐減量運行。高壓煤漿泵潤滑油出口流量計共10個燈，編號從0到9，7號燈亮?xí)r，流量低報警，5號燈亮?xí)r，流量低低報警，煤漿給料泵聯(lián)鎖停車。停車后現(xiàn)場查看PLC控制屏報警清單，顯示為潤滑油流量低低報警；現(xiàn)場將潤滑油泵重新啟動，流量計亮燈只有3個，仍低于聯(lián)鎖值；潤滑油油箱油位正常，檢查后發(fā)現(xiàn)潤滑油泵入口壓力表微負(fù)壓，判斷為抽吸濾網(wǎng)堵塞，將潤滑油泵入口管線拆除后，對入口濾網(wǎng)進(jìn)行清理[2]，恢復(fù)后潤滑油流量正常。GEHO活塞隔膜泵潤滑油系統(tǒng)見圖2。

圖2 GEHO活塞隔膜泵潤滑油系統(tǒng)

針對潤滑油抽吸濾網(wǎng)堵塞的問題，在高壓煤漿泵試車結(jié)束后，應(yīng)保持潤滑油泵持續(xù)運行一段時間，對油路進(jìn)行置換沖洗，在開車前應(yīng)對試車時使用的濾網(wǎng)進(jìn)行拆除更換，保證正常運行時流量穩(wěn)定；同時，在開車前應(yīng)該檢查閥門的位置正確[3]，檢查油箱內(nèi)油位正常，對油管路進(jìn)行試壓，保證油管路無泄漏。

3.2 出口緩沖氣囊泄漏

在高壓煤漿泵的調(diào)試期間，按照廠家的建議將高壓煤漿泵出口脈動緩沖罐(見圖3)的壓力預(yù)充至工作壓力的50%，高壓煤漿泵正常運行時出口壓力在7 500 kPa，實際預(yù)充壓力在3 500～3 800 kPa。在高壓煤漿泵運行期間，當(dāng)高壓煤漿泵的負(fù)荷較高時，高壓煤漿泵的隔膜室頂部推進(jìn)液安全閥前單向閥動作幅度較大，經(jīng)常與閥座發(fā)生撞擊，現(xiàn)場撞擊聲較大；在停車檢修期間，對出口脈動緩沖罐進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)氣囊周圍及底部容易堆積煤漿；在氣化爐帶壓聯(lián)投時，高壓煤漿泵的出口需要用煤漿循環(huán)憋壓閥憋至一定壓力，在升壓的過程中，由于氣囊預(yù)充壓力較低，一部分煤漿容易擠進(jìn)氣囊與罐體的間隙內(nèi)，造成氣囊的實際工作容積變小，在氣化爐正常運行壓力下，由于氣囊被煤漿墊住，與煤漿接觸的部位在長時間的作用下易發(fā)生疲勞，產(chǎn)生裂紋或破裂[4]。

圖3 出口脈動緩沖罐

在氣化爐運行壓力穩(wěn)定的情況下，將出口脈動緩沖罐的氣囊壓力預(yù)充至工作壓力的65%～75%，即4 900～5 650 kPa，運行期間煤漿流量較穩(wěn)定，隔膜室頂部推進(jìn)液安全閥前單向閥動作幅度較小，現(xiàn)場無撞擊聲，氣囊周圍無堆積的煤漿，氣囊無破裂。

3.3 推進(jìn)液系統(tǒng)故障

推進(jìn)液系統(tǒng)是整個泵的重壓系統(tǒng)，需要加注干凈的推進(jìn)液及潔凈的工作環(huán)境，才能正常運轉(zhuǎn)。泵轉(zhuǎn)動時，通過曲軸帶動活塞做往復(fù)運動，隔膜與活塞之間加注推進(jìn)液，隔膜上安裝檢測桿，通過隔膜帶動檢測桿做往復(fù)運動，檢查隔膜的移動位置，從而控制PLC對隔膜室進(jìn)行不排油的動作[5]。隔膜位置檢測低于6.3 mm，隔膜室補油，隔膜檢測位置高于150.3 mm，隔膜室排油，當(dāng)補油或排油連續(xù)超過3 min時，會觸發(fā)補油或排油故障，從而造成停車。

2019年7月，高壓煤漿泵P403A推進(jìn)液電磁閥后接頭漏油，造成推進(jìn)液壓力低，此時1#隔膜室達(dá)到補油周期，推進(jìn)液補油閥(見圖4)打開后，無法將隔膜室補油至正常，推進(jìn)液持續(xù)補油時間超過3 min，造成高壓煤漿泵跳車。

圖4 推進(jìn)液補油閥

2019年8月高壓煤漿泵P303A因1#隔膜推進(jìn)液故障，聯(lián)鎖停車。通過檢查歷史運行數(shù)據(jù)趨勢，發(fā)現(xiàn)1#隔膜持續(xù)補油，補油閥連續(xù)動作，但推進(jìn)液泵未啟動，推進(jìn)液壓力未降低，通過推斷判斷為補油閥堵塞，推進(jìn)液未補到油箱內(nèi)。通過拆檢補油閥發(fā)現(xiàn)補油閥部件上有加工的鐵屑，堵住補油孔(見圖5)，造成推進(jìn)液未補入系統(tǒng)，最終造成聯(lián)鎖停車。

圖5 推進(jìn)液補油閥部件

推進(jìn)液系統(tǒng)作為整個高壓煤漿泵的核心，在檢修期間應(yīng)該認(rèn)真檢查油路，清理過濾網(wǎng)及補排油閥門[6]，對管路的接頭進(jìn)行檢查緊固，避免在運行中出現(xiàn)故障造成停車，影響泵的在線率。

4 結(jié)語

高壓煤漿泵作為多噴嘴水煤漿氣化裝置的重要設(shè)備，其運行在線率決定了氣化爐的運行周期。在日常高壓煤漿泵的檢修及維護上，必須不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高其運行周期。通過1 年多的運行總結(jié)，目前GEHO活塞隔膜泵在多噴嘴水煤漿氣化裝置中運行比較穩(wěn)定，常見的故障通過精心的檢修維護基本消除，保證了氣化爐的長周期穩(wěn)定運行。