煤氣化裝置除氧水泵的技術(shù)改造

劉克存

（陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司 甲醇中心，陜西咸陽 712000）

煤氣化裝置除氧水泵的技術(shù)改造

劉克存

（陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司 甲醇中心，陜西咸陽 712000）

介紹了除氧水泵在陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司年產(chǎn)600kt甲醇工藝運行中運行周期短的問題，通過技術(shù)改造，延長了除氧水泵的運行周期，對煤氣化裝置長、滿、優(yōu)的安全運行提供了技術(shù)保障。

煤氣化；除氧水泵；技術(shù)改造

陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司是于2007年4月開工建設(shè)，2009年9月投料試車。公司年產(chǎn)600kt甲醇合成工藝以煤為原料，采用西北化工研究院多元料漿技術(shù)氣化制取粗原料氣，經(jīng)過耐硫變換、低溫甲醇洗氣體凈化制備合格的合成氣，再經(jīng)過甲醇合成、精餾生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品。煤氣化裝置中除氧水泵是裝置的心臟，它的運行優(yōu)劣，直接關(guān)系到裝置是否可以穩(wěn)定運行，因此對裝置中除氧水泵的合理改造，有助于實現(xiàn)裝置的安全穩(wěn)定運行。

1 概述

除氧器（V1411）內(nèi)水的來源（如圖1所示）：大部分由低壓灰水泵提供；還有部分來自系統(tǒng)回收的冷凝液，主要有變換汽提塔底部來的冷凝液和高壓閃蒸分離罐冷凝液；還有一路為原水，它與除氧器液位投自調(diào)，用以維持除氧器內(nèi)液位的正常穩(wěn)定。除氧器采用低壓閃蒸汽汽提，低壓灰水由脫氧水槽頂部噴淋并與汽提氣逆流而下，廢蒸汽由頂部放空；正常生產(chǎn)后汽提氣主要由低壓閃蒸氣來提供。脫氧水槽控制壓力 0.04MPa，脫氧后的灰水由除氧水泵（P1407）加壓至 7.5MPa后，經(jīng)灰水加熱器加熱，溫度升至160℃，送至氣化洗滌塔。

除氧水泵 P1407為重慶水泵廠制造，設(shè)計型號為 ZDF250-135×6 的自平衡多級離心泵，揚程 810m，額定流量 250m3/h。除氧水泵的用途是將除氧器熱力除氧后的水加壓至7.5MPa 作為洗滌塔 T1301維持液位的水源、鎖斗 V1308充壓用動力水源、P1305防氣蝕水及事故激冷水。正常生產(chǎn)運行中，除氧水泵4臺泵為 2開 2 備運行模式，出口總流為360～450m3/h。

2 除氧水泵運行中出現(xiàn)的問題

我公司除氧水泵在運行中遇到很多設(shè)計問題（如圖1所示），經(jīng)過多次技術(shù)改造，才使得裝置可以穩(wěn)定運行。這4臺除氧水泵在運行期間，經(jīng)常出現(xiàn)泵的驅(qū)動端、非驅(qū)動端振動值偏大，溫度偏高的現(xiàn)象，當(dāng)泵的驅(qū)動端、非驅(qū)動端振動值和溫度達(dá)到極限值時不得已才停泵檢修。據(jù)統(tǒng)計在2016年期間，共出現(xiàn)21次故障，平均運行周期為21d，最短運行周期為2d，最長為90d，最嚴(yán)重的時候，由于泵的檢修需要時間，4臺泵最后只剩一臺泵在運行，最后造成系統(tǒng)不得不降負(fù)荷運行，給氣化裝置安全運行帶來很大的隱患。

3 原因分析

1）氣化裝置在開停車過程中，由于氣化爐沒有煤漿和氧氣參加反應(yīng)從而沒有產(chǎn)生熱量，因此造成進入除氧器的低壓閃蒸汽不足，或在裝置發(fā)生異常情況時，氣化爐和洗滌塔的排黑水量過小，同樣會造成低壓閃蒸汽不足。此時就會引起除氧器 V1411的壓力過低，進而造成除氧水泵的進口壓力過低，最后導(dǎo)致除氧水泵發(fā)生汽蝕。

圖1 改造前除氧水泵P1407運行流程簡圖

2）在正常的操作運行中，由于投入的低壓閃蒸汽過大，或是變換冷凝液的輸送量過大，導(dǎo)致除氧器內(nèi)的水溫過高，從而引起除氧水泵的進口溫度過高。當(dāng)除氧水泵的進口壓力低于此時水溫的飽和蒸氣壓時，水就發(fā)生汽化，進而導(dǎo)致泵汽蝕。

以上兩種情況發(fā)生時，吸水室內(nèi)液體便發(fā)生汽化，產(chǎn)生許多氣泡，氣泡內(nèi)充滿蒸汽和液體中析出的氣體。這些氣泡隨著液體帶到壓水室的葉輪高壓區(qū)，在高壓的作用下迅速凝結(jié)而破裂。與此同時周圍的流體質(zhì)點以高速沖向原來氣泡占有的空間，質(zhì)點相互撞擊而形成高頻的局部水擊，壓力可高達(dá)上千兆帕。這種水擊會對金屬表面形成持續(xù)、反復(fù)的沖擊，導(dǎo)致金屬表面疲勞破壞從而造成葉輪機械剝蝕。另外，在氣泡破裂所釋放的凝結(jié)潛熱的助長下，原氣泡內(nèi)的活潑氣體又會對金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，加劇了材料的破壞。金屬表面在機械剝蝕和化學(xué)腐蝕的長期聯(lián)合作用下，會出現(xiàn)蜂窩狀破壞[1]，如圖 2 所示。

圖2 除氧水泵葉輪汽蝕損害情況

另外，因汽蝕產(chǎn)生的局部水擊會產(chǎn)生許多不同頻率范圍的噪聲，如果水擊的頻率和機組的的固有頻率接近將會引起機組振動。機組的振動又會促使更多氣泡的產(chǎn)生和破滅。這種相互激勵，最后可能導(dǎo)致機組的強烈振動，稱之為汽蝕共振。如果機泵發(fā)生汽蝕共振必須緊急停止水泵運行，給氣化裝置安全穩(wěn)定長周期運行帶來很大影響。

4 改造措施

如何延長除氧水泵 P1407的運行周期，是陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司一直在摸索和攻關(guān)的技術(shù)難點。而防止 P1407泵汽蝕才是延長除氧水泵運行周期的關(guān)鍵，因此，公司結(jié)合實際情況從以下幾個方面入手進行改造。

1）在進除氧器 V1411低壓閃蒸汽管線上引一條2寸的低壓氮氣管線，一方面維持 V1411的壓力，另一方面降低 P1407進口溫度。

為了維持 V1411的壓力和降低 P1407進口溫度，如圖3所示，在入除氧器 V1411低壓閃蒸汽管線上引一條2寸的低壓氮氣管線，并設(shè)有手閥控制。在系統(tǒng)閃蒸汽過小時或裝置開停過程中進行調(diào)節(jié)，確保 V1411壓力維持在300～350kPa，防止除氧水泵的進口壓力過低造成泵汽蝕。

2）在4臺除氧水泵 P1407的進口均增設(shè)一條2寸的灰水管線，增加泵的進口流量，防止泵因進口流量不足或水溫過高而造成泵汽蝕。

為了保持足夠的進口流量，在4臺除氧水泵 P1407的進口均增設(shè)一條 2 寸的灰水管線，流量在 60m3/h 左右，這樣大大緩解了泵的進口流量不足的問題。與此同時，灰水的溫度只有66℃左右，因此也能起到降低泵進口水溫的作用，進而避免了泵的進口水溫過高造成泵汽蝕的現(xiàn)象。

3）將4臺除氧水泵 P1407的進口由18寸管線的中部改至18寸管線的下部，防止18寸管線積渣。

在每次計劃大檢修和短停檢修時發(fā)現(xiàn)，18寸管線積渣非常嚴(yán)重，最嚴(yán)重時整個管徑通道只剩下1/3，嚴(yán)重制約了泵的進口流量，給除氧水泵的長周期運行埋下了很大的隱患。根據(jù)流體力學(xué)原理，管道內(nèi)壁處的流速最低，最易結(jié)垢，從主管側(cè)面引出的管道，易導(dǎo)致主管積渣；而從主管底部（正下方）引出的管道，因重力作用，會使流動狀態(tài)發(fā)生改變，可有效緩解管道內(nèi)的積渣或結(jié)垢情況。為了解決管道積渣問題，將4臺除氧水泵 P1407的進口由18寸管線的中部改至18寸管線的下部，這樣灰水中帶來的灰渣可以隨水流流走，避免了灰渣的沉積，同時也避免了因除氧水泵的進口管線阻力增加而造成泵汽蝕的現(xiàn)象。

4）在18寸管線上增加一臺閥門，防止兩臺泵運行時出現(xiàn)搶水現(xiàn)象。

由于出口流量計顯示偏差問題，同時每臺泵的打量情況也不一樣，為了防止兩臺運行泵出現(xiàn)搶水現(xiàn)象，工藝技術(shù)人員根據(jù)實際情況，如圖3所示在18寸管線上增設(shè)了一臺閥門，避免兩臺泵發(fā)生搶水現(xiàn)象。與此同時，工藝技術(shù)人員還要求班組人員在啟動除氧水泵時應(yīng)啟動閥門兩側(cè)的泵，不能同時啟動閥門同側(cè)的兩臺泵。

5）在工藝操作方面，細(xì)化工藝操作，確保工藝指標(biāo)在正常范圍內(nèi)。

在高壓閃蒸器液位調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障或管道堵塞時，攜帶大量黑渣的黑水就會從氣路管道進入到高閃氣液分離器中，伴隨著高閃冷凝液進一步進入到除氧器V1411中（如圖3所示），使得除氧器水質(zhì)變差，黑渣聚集在 P1407進口管道，導(dǎo)致有效管徑減小。因此工藝技術(shù)人員要求中控人員在操作時要嚴(yán)格遵守工藝指標(biāo)，一旦發(fā)生異常時及時進行處理，防止事情進一步惡化造成嚴(yán)重的后果。另外，工藝技術(shù)人員還要求每周四當(dāng)班人員對除氧水泵的進口過濾網(wǎng)進行清洗，在清洗時一定確保進口過濾網(wǎng)清洗干凈，對結(jié)垢嚴(yán)重的過濾網(wǎng)進行更換，確保除氧水泵的進口管線暢通，進而避免因進口管道不暢造成進口水量不足最終導(dǎo)致泵汽蝕的現(xiàn)象。

圖3 改造后除氧水泵P1407運行流程簡圖

5 結(jié)束語

通過以上五項措施的改造，在運行中取得了良好的效果，泵的驅(qū)動端、非驅(qū)動端振動值偏高，以及溫度偏高的現(xiàn)象得到有效的解決。目前改造后的每臺泵的運行周期都在5個月左右，這也標(biāo)志著此次技術(shù)改造工作的圓滿完成，同時也為氣化裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1] 蔣先廣，張傳鋒.德士古氣化裝置灰水循環(huán)泵故障原因和解決辦法[J].大氮肥，2014，（3）：184-186.

Technical Transformation of Deoxidizing Water Pump in Coal Gasification Device

Liu Ke-cun

This paper described the problem of short operational cycle for deoxygenated water pump in process of manufacturing methanol with capacity of 600，000t/a in Shaanxi Xianyang Chemical Industry Co.Ltd，which was prolonged through technical transformation，then provide technical support for safe operation of coal gasification device.

coal gasification；deoxygenated water pump；technical transformation

TQ546.5

A

1003-6490（2017）06-0022-02

2017-05-05

劉克存（1986—），男，山東臨沂人，助理工程師，主要研究方向為化工工藝研究。