高壓煤漿泵長(zhǎng)周期運(yùn)行的技術(shù)改造

王 磊，薛建麗

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)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(yīng)，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(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)跳車，導(dǎo)致氣化爐停爐，氣化工藝系統(tǒng)減量，制約氣化系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

延長(zhǎng)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(fù)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(jī)帶動(dòng)活塞運(yùn)行，主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力端、液體段、潤(rùn)滑系統(tǒng)組成。減速端由三個(gè)活塞缸，三個(gè)隔膜室及進(jìn)、出口組合管組成，進(jìn)出口管上都裝有隔膜緩沖器，以緩沖煤漿的壓力波動(dòng)而引起的管道振動(dòng)。被輸送的流體不與轉(zhuǎn)動(dòng)部件接觸，通過一個(gè)橡膠隔膜使泵輸送的流體和推進(jìn)液之間形成機(jī)械分離，使轉(zhuǎn)動(dòng)的部件在干凈的推進(jìn)液中運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止煤漿對(duì)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(jī)通過聯(lián)軸器和齒輪減速器帶動(dòng)曲軸和偏心輪機(jī)構(gòu)、連桿，使活塞在活塞缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使驅(qū)動(dòng)液端和水煤漿端的隔膜室的容積發(fā)生相應(yīng)的變化；在泵的水煤漿端進(jìn)、出口設(shè)有單向閥，在隔膜室容積增大時(shí)進(jìn)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(shí)，水煤漿被加壓排出，從而達(dá)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(gè)德士古氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，只要不是該泵PLC系統(tǒng)自鎖聯(lián)動(dòng)跳車，一般出現(xiàn)一些小故障都要堅(jiān)持運(yùn)行一段時(shí)間，以便讓整個(gè)系統(tǒng)安全停車，退出生產(chǎn)。這就使得該泵時(shí)常不得不處于帶故障運(yùn)行的狀態(tài)，而故障一旦是隔膜破裂，那么煤漿就會(huì)進(jìn)入到活塞缸內(nèi)與純凈的驅(qū)動(dòng)液混合，并磨損活塞體和活塞缸。由于此時(shí)該泵并未停車，該泵液壓油高壓補(bǔ)給系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)往活塞缸內(nèi)強(qiáng)行補(bǔ)油，導(dǎo)致液壓油損失。在這種故障運(yùn)行中，整個(gè)活塞缸內(nèi)有大量的煤漿參與到活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輕者導(dǎo)致活塞環(huán)組件的磨損，嚴(yán)重時(shí)將活塞缸拉毛導(dǎo)致液壓油泄漏，而泄漏出的液壓油中帶有大量煤漿，又會(huì)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(fù)

近期高壓隔膜煤漿泵在停車檢修活門后試運(yùn)行時(shí)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(jìn)口荷蘭GEHO公司產(chǎn)品，而且價(jià)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(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)檢查。檢查驅(qū)動(dòng)液壓油油箱時(shí)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(yàn)判斷，隔膜已經(jīng)破裂，并且煤漿已經(jīng)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)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(hào)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(gè)疑惑，工程技術(shù)人員及分管領(lǐng)導(dǎo)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(yùn)行，剛啟動(dòng)該泵就發(fā)現(xiàn)，在PLC顯示板上1號(hào)缸高壓補(bǔ)油顯示燈間斷閃亮，指示1號(hào)缸高壓驅(qū)動(dòng)液在間斷補(bǔ)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(dòng)，指揮操作工手動(dòng)將沖洗油泵停車后，觀察到從1號(hào)活塞缸有向外泄漏驅(qū)動(dòng)液壓油的現(xiàn)象，而且泄漏量不小。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作工發(fā)現(xiàn)PLC顯示板上1號(hào)缸高壓補(bǔ)油燈長(zhǎng)亮，即刻停車處理后，打開該泵1號(hào)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(yàn)判斷，隔膜破裂的原因是高壓驅(qū)動(dòng)液補(bǔ)給造成的，PLC控制系統(tǒng)是根據(jù)驅(qū)動(dòng)液壓油的壓力急劇降低而啟動(dòng)高壓驅(qū)動(dòng)液泵；而造成驅(qū)動(dòng)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(yán)重磨損等。事故原因查明后，立刻帶領(lǐng)機(jī)組人員對(duì)該泵1號(hào)缸缸套進(jìn)行了研磨和更換活塞環(huán)，并且對(duì)其他兩缸也做了相應(yīng)的處理。1號(hào)缸換上新隔膜后一次試車合格，投入系統(tǒng)運(yùn)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(jī)械式自控機(jī)構(gòu)專利技術(shù)”和1套完善的補(bǔ)償系統(tǒng)

不論驅(qū)動(dòng)液體如何變化，系統(tǒng)都能自動(dòng)補(bǔ)償，從而始終保證隔膜兩側(cè)的動(dòng)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(shí)，隔膜的最大撓曲值不超過設(shè)計(jì)允許值。

（2）采用預(yù)變形橡膠雙層復(fù)合隔膜，使撓曲變形所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力最小

所謂預(yù)變形隔膜，是將隔膜形狀預(yù)先制成曲面，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)，正好是隔膜的曲面伸展呈盆狀，不產(chǎn)生附加的拉伸應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)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(fù)撓曲位移，但因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力很小或近于零，就可以大大延長(zhǎng)隔膜的使用壽命。雖然這種形狀隔膜的設(shè)計(jì)和制造比一般平板隔膜要復(fù)雜，但經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，這種隔膜更耐疲勞，使用壽命更長(zhǎng)。

（3）應(yīng)用隔膜破裂報(bào)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(bào)警系統(tǒng)”，不論是與輸送液體接觸的還是與驅(qū)動(dòng)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(dòng)開關(guān)，使之可以在隔膜破裂后0.2s內(nèi)發(fā)出聲、光、電報(bào)警信號(hào)，警示隔膜已破裂，并可實(shí)施緊急停泵后立即啟動(dòng)備用泵，保證設(shè)備和裝置的安全運(yùn)行。

2 煤漿穩(wěn)定性差

因?yàn)槊簼{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(jìn)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(jī)鋼棒

磨煤機(jī)中的鋼棒使用一段時(shí)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(diǎn)的球粒，當(dāng)小球粒通過篩孔落入煤漿槽后，隨煤漿進(jìn)入高壓煤漿泵。

針對(duì)這個(gè)問題，據(jù)滾筒篩對(duì)粗粒子的篩選情況對(duì)滾筒篩進(jìn)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(jìn)入煤漿槽，并適當(dāng)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(jìn)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(shí)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(zhǎng)了氣化爐高壓煤漿泵的可靠運(yùn)行時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、連續(xù)性、安全性和可靠性大大提高，維護(hù)成本降低，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。