解決除鹽水纖維過濾器系統水錘問題

高麒雄 張國民 鮑 濤

國家能源集團寧夏煤業有限公司煤制油分公司儀表管理中心 寧夏 銀川 750411

引言

纖維過濾器是對自水庫來原水進行初過濾的設備。采用經過特殊成形處理的纖維束,以旋翼式結扎而成纖維球濾料,在過濾過程中,濾層空隙率沿水流方向逐漸變小,從而實現深層過濾的理想狀態。原水通過纖維過濾器可完全濾除懸浮物中超細粒子,可濾除0.2～0.5u m 以上的顆粒除懸浮物可達99.98%,出液濁度能控制在0。纖維過濾器是除鹽水裝置原水進水過濾首套單元,單元無法投用將導致除鹽水無法制備,全廠用水告急,鍋爐、氣化裝置面臨拍停風險。

該項目纖維過濾器共16套,設計產水量10500 m3/h,每套纖維過濾器有10臺對夾式襯膠蝶閥。但由于水錘閥門頻繁損壞,導致纖維過濾器僅能維持兩臺長周期運行,除鹽水負荷僅維持在14.5%,嚴重制約了裝置的滿負荷運行計劃。

1 主要內容

1.1 .主要原因分析

1.1.1 簡述水錘現象 通過檢查管道中壓力趨勢,可以看出在關閥瞬間,管道內部壓力迅速升高,壓力呈尖峰狀,可判斷管道在閥門關閉時產生水錘,巨大的沖擊導致閥門損壞。

圖(1) 系統管道中壓力突變

1.1.2 本項目水錘產生原因分析 原始設計采用原水泵出口旁路作為反洗水,水泵在啟泵時,管道內水不滿管,產生啟動水錘,對纖維過濾器入口閥門與反洗進水閥門產生沖擊。

原水泵出口壓力為0.6-0.65 MPa,反洗時閥門前后受壓,閥門在順控運行時關閉,產生的關閥水

錘壓力高達0.8 MPa以上,項目所采用對夾式襯膠蝶閥,依據閥門計算書,閥門所能承受最大差壓為0.7 MPa。因此關閥產生水錘造成系統內閥門差壓過高損壞。

1.1.3 系統中水錘計算 以最近距離1＃纖維過濾器為例,進氣閥門關閉時間為2s,管道長度為10 m,則水錘相μ＝2LS/c Q＝2*10*0.176/(882.3)＝3.98s。水錘相大于關閥時間,產生直接水錘。對反洗進氣閥產生沖擊。距離越遠,水錘相越大,產生水錘壓力越大。

計算該系統中水錘波波速：

E0— 水的彈性模量,E0＝2.04×105N/c m2;

D— 管道內徑D＝0.25 m;

δ— 管壁厚度δ＝0.003;

E— 鑄鐵管彈性模量：87.3×105N/c m2;

ν0關閉閥門前管中流速等于c流體速度;c＝Q/S＝882.3＝5.67 m/s

流量Q＝882.3 m3/h

管道橫截面S＝0.049 m3

由此可見,直接水錘產生的瞬時波速C 遠大于閥門打開時正常除鹽水流速c。

產生直接水錘壓強：ΔP ＝ρ·C·ν0＝1*18.78*5.67＝106.56 m 水柱＝10.67kgf/c m2即1.05 MPa。

2 實施方法

2.1 主要原因確定 綜上述分析,解決本項目系統中水錘問題,必須要解決反洗水超壓問題及纖維過濾器投運順控步續問題。

2.2 解決反洗水超壓 增加兩臺反洗水泵,將反洗水泵入口與原水箱出口管線連接,反洗水泵出口管與各纖維過濾器反洗進口管線連接。反洗水泵選擇轉動慣量大的水泵。有研究提出：水泵轉動慣量,水泵在配套電機不變的情況下轉矩不變,增大水泵的轉動慣量可以降低水泵的角速度,從而使水泵的轉速越不容易改變,斷電后轉速下降得越慢,停泵形成的水錘壓力越小。

控制反洗水泵出口壓力為0.3-0.35 MPa,纖維過濾器反洗時可有效降低水壓過高對閥門的反向沖擊,減小停泵水錘與關閥水錘對閥門的沖擊。

2.3 重新編寫順控程序(基于浙江中控ECS 700 DCS系統) 增加反洗水泵后,需要增加反洗水泵控制的邏輯。順控水反洗階段、汽水合洗階段,順控邏輯重新編程。

順控氣水合洗階段,順控步續修改為：先開排氣閥,再開羅茨風機,風機打開后管線內氣體能及時排出,避免管線憋壓,氣水混合,形成啟動水錘。

新增反洗水泵為離心泵,啟泵時,應保證泵體出口壓力大于或等于輸送母管壓力,才能打開供水泵出口閥門。供水泵無法將管路中殘留氣體排出或者母管中存在的氣體被母管高壓壓入供水泵出口

管路中,在啟動回路向運行回路切換時,出現水錘。因此順控編寫反洗水泵啟動后壓力達到0.3 MPa,打開反洗進水閥。

順控水反洗階段,順控步續先關閉羅茨風機,再關閉進氣閥門,水反洗停止階段,先關閉進水閥,保壓在0.3 MPa,自動停反洗水泵。

3 結論

3.1 新增高轉動慣量反洗水泵,降低反洗水在系統中的壓力,減小停泵水錘與關閥水錘。

3.2 通過DCS編程,改變原有順序控制步續,避免管道憋壓以及反洗水泵水泵過載產生水錘。

3.3 系統改造后,除鹽水纖維過濾器系統蝶閥因水錘沖擊問題得到解決,閥門損壞率由月均30臺降低至月均0.4臺。纖維過濾器原來僅2套維持運行,改造后16套均能正常投用,纖維過濾器產水可滿負荷運行。