FELUWA高壓煤漿泵故障案例分析

高 波， 鄭 軍

(中國石油化工股份有限公司齊魯分公司， 山東淄博 255400)

中國石油化工股份有限公司齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置采用美國GE公司水煤漿加壓氣化技術，高壓煤漿泵采用德國FELUWA泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的雙軟管隔膜泵，型號為TGK300/250-K180-DS100HD。3臺氣化爐與泵1對1，無備機?，F(xiàn)就3臺高壓煤漿泵近年來出現(xiàn)的故障案例加以分析總結,以供參考。

1 泵系統(tǒng)說明

1.1 工藝描述

來自料漿槽的煤漿，由高壓煤漿泵加壓后經(jīng)煤漿切斷閥進入德士古燒嘴的內環(huán)隙，水煤漿和氧氣充分混合霧化后進入氣化爐的燃燒室，在6.5 MPa、1 400 ℃條件下進行氣化反應，生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣。

1.2 主要結構

高壓煤漿泵為雙作用、自吸式、無壓蓋、無泄漏、低噪音軟管隔膜活塞泵，主要由泵體、底座、行程減速器、驅動裝置、入口和出口壓縮空氣容器、管道和閥門等部分組成。

2 故障案例分析及處理

2.1 缸體裂紋故障案例

2.1.1 故障概況

2016年9月29日，操作工巡檢發(fā)現(xiàn)A臺高壓煤漿泵1#缸缸體上側傳動油滲漏，定時補油后觀察運行。數(shù)日后泄漏量逐漸增大，鑒于2011年B臺高壓煤漿泵出現(xiàn)過缸體貫穿性裂紋，由此判斷此缸體裂紋的可能性大。設備技術人員做好更換缸體技術方案準備，工藝技術人員制定并執(zhí)行特護方案和應急處理方案。10月16日，補油箱液位下降速度為18 mm/h，每班(8 h)泄漏質量約為5 kg，需補油2次。10月18日19:20，A臺氣化爐煤漿體積流量突然下降1～2 m3/h并波動，氧煤比高報，補油箱液位急劇下降并伴有撞擊異音。緊急聯(lián)系設備人員確認，判斷1#缸逐漸失效，直至單缸不打量。因沒有備件，當晚拆卸C臺高壓煤漿泵1#缸備用，A臺氣化爐降量運行，隔天停車搶修。停車時，A臺高壓煤漿泵1#缸出入口單向閥堵塞，已不打量。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)缸體上部出現(xiàn)裂紋，與判斷一致，為撥叉支撐轉軸部位斷裂。

2.1.2 原因分析

缸體上部裂紋擴大，傳動油中進氣，是造成單缸不打量的主要原因。缸體上部與補油箱相連部位出現(xiàn)裂紋，此處只有撥叉轉軸支撐處受力，間接受到活塞撞擊力，在同一節(jié)奏重復、輕微震動下，出現(xiàn)兩道貫穿“O”型密封圈的裂紋，造成外漏。隨著裂紋擴大，傳動油中進氣，柱塞推力減小，出入口單向閥逐漸堵塞，撥叉轉軸受力斷裂，停止排氣，直至單缸不打量。兩個缸體同一部位出現(xiàn)同樣裂紋(見圖1、圖2)，說明存在設計問題，表明裂紋部位應力集中或不足于承受交變的沖擊載荷。

圖1 A臺高壓煤漿泵1#缸的裂紋部位

圖2 B臺高壓煤漿泵泵1#缸的裂紋部位

2.1.3 處理措施

更換1#缸缸體、補油排氣閥、軟管隔膜等，重新調整撥叉間隙。拆檢備用泵，探傷缸體上部，排除裂紋隱患。目前缸體已國產(chǎn)化，并對易開裂部位加固改造，成功應用于A臺高壓煤漿泵2#缸。

2.2 氧煤比高聯(lián)鎖停車故障案例

2.2.1 故障概況

2017年4月19日18:39，A臺氣化爐氧煤比高聯(lián)鎖，A臺高壓煤漿泵聯(lián)鎖停車。停車后檢查出入口單向閥溫差無異常，沖洗時發(fā)現(xiàn)中間缸出口閥有堵塞現(xiàn)象。經(jīng)沖洗試車合格后，21:39開車，21：47再一次氧煤比高聯(lián)鎖停車，再一次沖洗試車后于23:25投料成功，正常運行。4月19日—22日，C臺高壓煤漿泵電流低報1次，煤漿流量波動4次，A臺高壓煤漿泵流量多次波動。

2.2.2 原因分析

煤漿流動性差是此次停車的主要原因。煤漿流動性差，個別單向閥淤積堵塞，氧煤比高聯(lián)鎖，A臺高壓煤漿泵停車。此后C臺高壓煤漿泵也出現(xiàn)流量波動現(xiàn)象，嚴重時，兩泵同時波動。因兩泵共用1個煤漿槽，判斷為煤漿質量問題[1]。

2.2.3 處理措施

降低煤漿槽液位，運行B臺高壓煤漿泵槽內打循環(huán)，倒磨煤機，更換添加劑。

2.3 出口緩沖罐蓄能器漏氣故障案例

2.3.1 故障概況

2018年3月23日2:35，C臺氣化爐體積流量波動值達15 m3/h，現(xiàn)場高壓煤漿泵出口緩沖罐發(fā)出連續(xù)撞擊聲。2:49，C臺高壓煤漿泵出口緩沖罐外側蓄壓器充氣接頭漏氣，“O”型密封圈部分脫出。經(jīng)請示主管部門，決定不停車搶修，放完蓄能器膠囊中的氮氣后，再更換整個充氣嘴接頭。儀表對氣化爐流量聯(lián)鎖加強制后，不停車更換充氣嘴接頭并充氮氣。搶修完畢后，裝置運行趨于穩(wěn)定，避免了事故停車。

2.3.2 原因分析

在系列檢修時，發(fā)現(xiàn)此接頭漏氣，因無備件，當時進行改造處理。

分析此漏點隱患，認為主要是密封圈尺寸選擇錯誤造成，應選φ10 mm×1.8 mm(實際使用的是φ10 mm×3 mm)。

2.3.3 處理措施

做好備件儲備。可使用國產(chǎn)化充氣接頭。

2.4 補油排氣控制桿轉軸斷裂故障案例

2.4.1 故障概況

2019年1月18日13:34，總控發(fā)現(xiàn)C臺高壓煤漿泵轉速波動，體積流量下降2～3 m3/h。經(jīng)相關人員現(xiàn)場確認，判斷2#缸補油系統(tǒng)撥叉出現(xiàn)故障，經(jīng)廠部研究并報公司批示，C臺氣化爐停車，搶修高壓煤漿泵。為了減少效益損失，暫定不抽燒嘴。14:53，增大B臺氣化爐負荷，并逐步減小C臺氣化爐負荷，以保證氫氣負荷穩(wěn)定。15：30，C臺氣化爐切除，17：00交出檢修。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)中間缸補油排氣控制裝置的撥叉轉軸斷裂，控制裝置失效，同初期判斷相符。經(jīng)過4.5 h搶修，更換泄漏補償閥，C臺氣化爐投料開車。

2.4.2 原因分析

2#缸排氣補油控制裝置失效是此次事故的主要原因。故障發(fā)生的具體部位是控制裝置傳動部件——撥叉的焊接部位斷裂。液壓油排氣補油系統(tǒng)中，撥叉主要起到傳遞力的作用，銷軸與撥叉的焊接部位是薄弱部位，銷軸在運行過程中不斷承受剪切力。同時補油閥的平衡孔堵塞，造成控制盤的銷軸與撥叉受力大[2]。更換軟管后，液壓油是清潔的，但是運行一段時間后，液壓油的顏色變深，油中出現(xiàn)雜質。這些雜質包括：溶解在液壓油中的膠狀物析出；活塞背部的排氣管與液壓油箱相連，運行中吸入磨煤廠房內的灰塵；檢修時，清洗手段達不到潔凈要求。

2.4.3 處理措施

更換2#缸補油排氣閥及撥叉，試車正常；對備用泵拆檢泄漏補償閥，檢查閥座上4個均壓孔；檢修時做好清潔工作；完善檢修過程控制和檢測方案，針對事故問題重點檢查。

2.5 雙軟管隔膜破故障案例

2.5.1 故障概況

2020年7月5日2:20，C臺高壓煤漿泵2#缸軟管隔膜破裂報警，操作人員現(xiàn)場檢查液壓油液位沒有變化，控制室流量沒有波動，出口壓力表平穩(wěn)未波動。根據(jù)運行經(jīng)驗，此時操作人員進行特護運行至白班接班，并把相關情況匯報至車間值班領導。設備人員對隔膜破裂報警裝置的排放絲堵松兩扣后發(fā)現(xiàn)，排放絲堵流出潤滑油，并且壓力較大，確認液壓油側隔膜出現(xiàn)破裂。隨后打開液壓油的油箱頂部蓋板，發(fā)現(xiàn)液壓油中有黑色漂浮物。為了進一步確認煤漿側的隔膜是否破裂，對液壓油進行置換，在置換油的油桶底部發(fā)現(xiàn)有微量類似煤漿顆粒物。經(jīng)判斷，確認為中間缸內外軟管隔膜均出現(xiàn)破裂，決定停車檢修。10:45，C臺氣化爐停車，12:40，C臺高壓煤漿泵斷電檢修，更換中間缸隔膜，拆卸隔膜腔清理油系統(tǒng)各部件。19:45，試車合格。

2.5.2 原因分析

雙隔膜破裂的原因為隔膜疲勞開裂，可能被鐵質之類物件劃破[3]。報警時發(fā)現(xiàn)補油箱變黑，證明在很短的時間內雙軟管隔膜全部破裂。內管破裂部位在凸起壓條側面。此凸起壓條是為了更好地排除隔膜間的防凍液而設計的。此位置在控制系統(tǒng)蘑菇頭頂壓處，110 mm長度內有3個裂口，其中最大長度為30 mm，已穿透，其余兩個未穿透。從裂口看，因制造質量差造成疲勞開裂的可能性偏大，也存在被鐵片扎破的可能。當內管隔膜出現(xiàn)小裂孔后，外管與內管間進入煤漿及鐵片，導致外管爆裂，油系統(tǒng)煤漿變黑；因內管裂口較小，補油箱潤滑油沒有注入煤漿通道。

2.5.3 處理措施

加強原煤質量控制，減少原煤中的金屬物夾雜。對輸煤系統(tǒng)的除鐵器進行磁力檢查，發(fā)現(xiàn)磁性減弱應及時更換；對輸煤機除鐵器加強管理，定期清理鐵屑；擇機對煤漿槽底部沉積的鐵屑進行清理，每次檢修對入口管線進行徹底清理；煤漿泵軟管使用時長控制在8 000 h以內，以排除軟管存在疲勞運行的隱患；安裝時，軟管凸起壓條避開蘑菇頭部。

2.6 出口緩沖罐雙層軟管隔膜破裂故障案例

2.6.1 故障概況

2021年9月18日，A臺高壓煤漿泵出口緩沖罐雙層隔膜破裂?；仡欉\行情況：3月25日開車，4月19日18:39因流量突降聯(lián)鎖停車，6月11日換燒嘴，7月20日9:20電氣更換開關停車。

2.6.2 原因分析

自裝置原始開車以來，出口緩沖罐隔膜頻繁破裂，分析是停車泄壓過快造成。但改造泄壓流程后，破裂現(xiàn)象還是時有發(fā)生。發(fā)現(xiàn)破裂有兩種情況：一種是運行中蓄能器異音，需沖氮氣消音，停車檢修時發(fā)現(xiàn)雙層隔膜破裂；另一種情況是停車計劃檢修時發(fā)現(xiàn)緩沖罐隔膜破裂，運行時無異?，F(xiàn)象。FELUWA高壓煤漿泵最新設計改為立式，煤漿不穿過隔膜，鑒于此，懷疑設計存在缺陷。緩沖罐臥式會造成部分水煤漿沉積和停車瞬間負壓現(xiàn)象[4]。

2.6.3 處理措施

當緩沖罐軟管隔膜破裂時，緩沖罐上部的蓄能器膠囊沒有破裂，短時間內不會造成煤漿流量大幅波動，但長時間運行時煤漿會固化，此時膠囊會失去作用，氣化爐會因煤漿流量波動造成聯(lián)鎖停車，應盡快改造出口緩沖罐形式。

3 結語

自2008年10月高壓煤漿泵開車運行以來，最初幾年外軟管隔膜頻繁破裂，經(jīng)廠家更換隔膜腔后，隔膜破裂故障很少發(fā)生。但是，其它故障時有發(fā)生，因無備機，導致氣化爐單系列停車。如何避免故障停車永遠是設備管理人員研究的方向。