高壓煤漿泵長周期運行的技術(shù)改造

王 磊，薛建麗

（陜西延長石油集團榆林煤化有限公司，陜西榆林 719000）

德士古氣化裝置是將59%～62%的水煤漿，通過高壓隔膜煤漿泵送至氣化爐，與純氧在1 250℃發(fā)生劇烈的氧化反應，生成合成氣。高壓煤漿泵是水煤漿氣化爐系統(tǒng)的關(guān)鍵設備，當出現(xiàn)故障時會跳車，導致氣化爐停爐，氣化工藝系統(tǒng)減量，制約氣化系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。

延長石油榆林煤化有限公司使用的是TZPM250型GEHO泵，是一種活塞式隔膜往復泵；適用于輸送含有固體顆粒的流體介質(zhì)，采用交流變頻調(diào)速電機帶動活塞運行，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、動力端、液體段、潤滑系統(tǒng)組成。減速端由三個活塞缸，三個隔膜室及進、出口組合管組成，進出口管上都裝有隔膜緩沖器，以緩沖煤漿的壓力波動而引起的管道振動。被輸送的流體不與轉(zhuǎn)動部件接觸，通過一個橡膠隔膜使泵輸送的流體和推進液之間形成機械分離，使轉(zhuǎn)動的部件在干凈的推進液中運轉(zhuǎn)，以防止煤漿對活塞的腐蝕。

該泵主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 泵主要技術(shù)參數(shù)表

工作原理 電機通過聯(lián)軸器和齒輪減速器帶動曲軸和偏心輪機構(gòu)、連桿，使活塞在活塞缸內(nèi)做往復運動，從而使驅(qū)動液端和水煤漿端的隔膜室的容積發(fā)生相應的變化；在泵的水煤漿端進、出口設有單向閥，在隔膜室容積增大時進口單向閥打開，出口單向閥關(guān)閉，水煤漿被吸入，反之，隔膜室容積變小時，水煤漿被加壓排出，從而達到輸送流體的目的。

1 橡膠隔膜破裂

由于生產(chǎn)是連續(xù)不間斷的，高壓隔膜煤漿泵又是整個德士古氣化裝置的關(guān)鍵設備，只要不是該泵PLC系統(tǒng)自鎖聯(lián)動跳車，一般出現(xiàn)一些小故障都要堅持運行一段時間，以便讓整個系統(tǒng)安全停車，退出生產(chǎn)。這就使得該泵時常不得不處于帶故障運行的狀態(tài)，而故障一旦是隔膜破裂，那么煤漿就會進入到活塞缸內(nèi)與純凈的驅(qū)動液混合，并磨損活塞體和活塞缸。由于此時該泵并未停車，該泵液壓油高壓補給系統(tǒng)將會自動往活塞缸內(nèi)強行補油，導致液壓油損失。在這種故障運行中，整個活塞缸內(nèi)有大量的煤漿參與到活塞的往復運動，輕者導致活塞環(huán)組件的磨損，嚴重時將活塞缸拉毛導致液壓油泄漏，而泄漏出的液壓油中帶有大量煤漿，又會使該泵的自沖洗油泵系統(tǒng)污染，造成維修工作量的加大。

1.1 高壓煤漿泵隔膜破裂的原因及修復

近期高壓隔膜煤漿泵在停車檢修活門后試運行時出現(xiàn)隔膜異常破裂現(xiàn)象，困擾著安全生產(chǎn)。高壓隔膜煤漿泵的隔膜的使用壽命一般在2 000～3 000h，隔膜主要是依賴進口荷蘭GEHO公司產(chǎn)品，而且價格昂貴。

高壓隔膜煤漿泵出現(xiàn)隔膜異常破裂后，有關(guān)人員進入現(xiàn)場仔細檢查。檢查驅(qū)動液壓油油箱時發(fā)現(xiàn)油位偏低，而且油質(zhì)發(fā)黑，證明液壓油混有煤漿；據(jù)工作經(jīng)驗判斷，隔膜已經(jīng)破裂，并且煤漿已經(jīng)進入驅(qū)動液壓油箱。隨即由維修人員清洗油箱，拆檢隔膜。在拆檢隔膜的過程中發(fā)現(xiàn)1號缸隔膜破裂，破裂口呈三角狀而且斷口處齊茬，不像以往隔膜磨損減薄后出現(xiàn)一字形裂口，并且隔膜是新近更換的。帶著這個疑惑，工程技術(shù)人員及分管領(lǐng)導分析討論了隔膜破裂的原因，提出在原因沒有查明的情況下，不更換新的隔膜，找一片使用壽命到期但沒有破裂的隔膜裝上做清水試車，以找出隔膜破裂的原因。換上舊隔膜后，清水試車運行，剛啟動該泵就發(fā)現(xiàn)，在PLC顯示板上1號缸高壓補油顯示燈間斷閃亮，指示1號缸高壓驅(qū)動液在間斷補給；立即打開活塞缸上部的蓋板，發(fā)現(xiàn)該泵自沖洗系統(tǒng)已啟動，指揮操作工手動將沖洗油泵停車后，觀察到從1號活塞缸有向外泄漏驅(qū)動液壓油的現(xiàn)象，而且泄漏量不小。此時，現(xiàn)場操作工發(fā)現(xiàn)PLC顯示板上1號缸高壓補油燈長亮，即刻停車處理后，打開該泵1號隔膜室壓蓋檢查發(fā)現(xiàn)，在同樣的位置出現(xiàn)了同樣的斷口。據(jù)此結(jié)果并根據(jù)工作經(jīng)驗判斷，隔膜破裂的原因是高壓驅(qū)動液補給造成的，PLC控制系統(tǒng)是根據(jù)驅(qū)動液壓油的壓力急劇降低而啟動高壓驅(qū)動液泵；而造成驅(qū)動液壓油壓力急劇降低的原因是活塞缸拉毛、活塞環(huán)組件嚴重磨損等。事故原因查明后，立刻帶領(lǐng)機組人員對該泵1號缸缸套進行了研磨和更換活塞環(huán)，并且對其他兩缸也做了相應的處理。1號缸換上新隔膜后一次試車合格，投入系統(tǒng)運行。

1.2 高壓煤漿泵隔膜的改造

（1）采用 “液壓隔膜泵用隔膜最大撓曲機械式自控機構(gòu)專利技術(shù)”和1套完善的補償系統(tǒng)

不論驅(qū)動液體如何變化，系統(tǒng)都能自動補償，從而始終保證隔膜兩側(cè)的動態(tài)壓力平衡，并確保隔膜從中心平衡位置向兩側(cè)撓曲位移時，隔膜的最大撓曲值不超過設計允許值。

（2）采用預變形橡膠雙層復合隔膜，使撓曲變形所產(chǎn)生的內(nèi)應力最小

所謂預變形隔膜，是將隔膜形狀預先制成曲面，設計采用了耐油、耐磨又具有良好彈性的橡膠，經(jīng)模具壓制成設計給定的曲面，并使2層隔膜曲面能很好地吻合在一起，構(gòu)成了一塊完整的隔膜，且具有一定的厚度以保證有足夠的磨損周期，使得隔膜從中心平衡位置向兩側(cè)撓曲變形到最大允許撓度時，正好是隔膜的曲面伸展呈盆狀，不產(chǎn)生附加的拉伸應力，內(nèi)應力幾乎等于零。這樣一來，雖然隔膜在工作狀態(tài)下不斷地從中心平衡位置向兩側(cè)做反復撓曲位移，但因為內(nèi)應力很小或近于零，就可以大大延長隔膜的使用壽命。雖然這種形狀隔膜的設計和制造比一般平板隔膜要復雜，但經(jīng)實驗表明，這種隔膜更耐疲勞，使用壽命更長。

（3）應用隔膜破裂報警技術(shù)

在該泵中采用了雙層隔膜，以便采用壓敏技術(shù)的 “隔膜破裂報警系統(tǒng)”，不論是與輸送液體接觸的還是與驅(qū)動液體接觸的那一層破裂，液體壓力迅速傳到微壓傳感器及微動開關(guān)，使之可以在隔膜破裂后0.2s內(nèi)發(fā)出聲、光、電報警信號，警示隔膜已破裂，并可實施緊急停泵后立即啟動備用泵，保證設備和裝置的安全運行。

2 煤漿穩(wěn)定性差

因為煤漿穩(wěn)定性差，在管道內(nèi)發(fā)生沉積，堵塞入口短節(jié)，使煤漿不能進入缸體，或泵的出入口錐形單向閥密封面處鋼球碎片、煤矸石等粗粒子卡澀單向閥（如圖1所示），使煤漿不能吸入或不能排出，造成泵不做功。

圖1 煤漿泵入口單向閥卡澀及入口短節(jié)堵塞

2.1 更換磨煤機鋼棒

磨煤機中的鋼棒使用一段時間后，鋼棒破碎率非常高，材質(zhì)發(fā)生了很大變化。由于鋼棒碎粒粒度較小，篩網(wǎng)無法篩出小一點的球粒，當小球粒通過篩孔落入煤漿槽后，隨煤漿進入高壓煤漿泵。

針對這個問題，據(jù)滾筒篩對粗粒子的篩選情況對滾筒篩進行了更換。由于篩孔變窄，破碎的小顆粒鋼球無法通過篩孔進入煤漿槽，并適當增加了滾桶篩螺旋擋板高度，初步解決了大部分鋼球碎粒進入煤漿槽的問題。

2.2 選擇合適的煤漿泵入口管線直徑

選擇合適的入口管線直徑，可以減少煤漿在管線內(nèi)的停留時間，減少煤漿的沉積量，從而可減少煤漿泵的入口管線堵塞。

3 結(jié) 語

通過技術(shù)改造，延長了氣化爐高壓煤漿泵的可靠運行時間，設備運行的穩(wěn)定性、連續(xù)性、安全性和可靠性大大提高，維護成本降低，取得了顯著的經(jīng)濟效益。