SE-東方爐集中供粉故障原因及應(yīng)對(duì)措施探討

＊秦明林

（中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司 安徽 232090）

1.流程簡(jiǎn)介

中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司氣化裝置采用中石化和華東理工大學(xué)共同開發(fā)的1500t/d型單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術(shù)（以下稱SE-東方爐）。粉煤的氣力輸送作為氣體輸送的重要應(yīng)用領(lǐng)域，受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注[1-11]，本裝置磨煤制粉單元設(shè)置7套磨煤系統(tǒng)（5開2備），如圖1所示。北框架4套磨煤系統(tǒng)+南框架3套磨煤系統(tǒng)，分別在南北邊設(shè)置兩個(gè)集中制粉站收集磨煤制粉單元的煤粉，每個(gè)集中制粉站采用氣力輸送向煤粉儲(chǔ)罐輸送煤粉，集中制粉站底部各設(shè)置4個(gè)倉泵，通過倉泵實(shí)現(xiàn)向任一氣化系列供給粉煤；1#～7#倉式泵向?qū)?yīng)的1#～7#氣化系列的粉煤儲(chǔ)罐輸送煤粉；同時(shí)，1#與5#泵，2#與6#泵，3#與7#泵之間互設(shè)跨線，為了降低輸送系統(tǒng)的故障率以及有利于磨煤?jiǎn)卧倪B續(xù)運(yùn)行，在1#倉式泵出口設(shè)置一條輸送線送至5#、6#、7#氣化裝置的粉煤儲(chǔ)罐1025～27-V-1201供粉，在8#倉式泵出口設(shè)置一條輸送線送至1#～4#氣化裝置的粉煤儲(chǔ)罐1021～24-V-1201供粉。

圖1 煤粉制備及輸送系統(tǒng)

2.倉泵順控簡(jiǎn)述

以1號(hào)倉泵為例，如圖2所示。在倉泵系統(tǒng)啟動(dòng)循環(huán)后，排氣圓頂閥1011XV0403與入口圓頂閥1011XV0402同時(shí)打開，煤粉在重力的作用下落入泵內(nèi)，落料過程中排氣圓頂閥打開，以使泵內(nèi)的空氣能夠排出，30s延時(shí)后或出現(xiàn)高料位信號(hào)入口圓頂閥1011XV0402和排氣圓頂閥1011XV0403都關(guān)閉，當(dāng)入口圓頂閥和排氣圓頂閥都關(guān)閉后，輸送氣閥1011XV0405打開輸送低壓氮?dú)膺M(jìn)入泵內(nèi)，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于0.07MPa后，出口圓頂閥1011XV0404打開，煤粉將被輸送至輸送管道中，然后到各系列粉煤儲(chǔ)罐中，當(dāng)輸送壓力降至0.03MPa后，顯示倉泵輸送煤粉完畢，輸送圓頂閥1011XV0404關(guān)閉,管道吹掃閥1011XV0406與排氣圓頂閥1011XV0403同時(shí)打開15s，輸送結(jié)束。而實(shí)際運(yùn)行過程中倉泵多次出現(xiàn)閥門故障、平衡線及輸送管線堵等情況，嚴(yán)重時(shí)氣化爐需降低負(fù)荷運(yùn)行，甚至停車處理。

圖2 1號(hào)倉泵流程圖

3.倉泵故障原因分析

(1)倉泵閥門故障

①倉泵圓頂閥簡(jiǎn)介

倉泵圓頂閥是倉泵輸送系統(tǒng)中重要控制閥門，倉泵圓頂閥包括閥體、扇形氣缸、氣路開關(guān)、氣控箱（電磁閥、兩位五通閥、壓力開關(guān)等）構(gòu)成，特設(shè)置22臺(tái)管道轉(zhuǎn)向閥，具體分布如下：

表1

②圓頂閥的動(dòng)作原理

如圖3所示，電磁閥接收來自DCS的DO點(diǎn)開關(guān)信號(hào)，輸出的氣控信號(hào)控制2位5通氣控閥4的控制端，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)氣缸1端通過2位5通氣控閥排氣，氣缸2端由2位5通氣控閥進(jìn)氣，活塞推動(dòng)閥桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閥位擋板動(dòng)作，閥門限位開關(guān)3受壓產(chǎn)生位移，氣源壓力通過3送至壓力開關(guān)5、就地壓力表6和閥體內(nèi)部的密封圈（在閥芯和閥座之間形成軟密封，保證閥門無泄漏），壓力開關(guān)設(shè)定的壓力信號(hào)為0.7MPa,當(dāng)壓力達(dá)到0.7MPa時(shí)，壓力開關(guān)輸出接點(diǎn)信號(hào)至DCS順控邏輯，作為時(shí)序下一步的觸發(fā)條件，程序得以正常運(yùn)行。

圖3 圓頂閥的動(dòng)作原理

當(dāng)閥門打開時(shí)氣缸1端通過2位5通氣控閥進(jìn)氣，氣缸2端通過快排閥排氣，活塞推動(dòng)閥桿反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)擋板遠(yuǎn)離閥門限位開關(guān)3，同時(shí)密封圈和壓力開關(guān)內(nèi)的壓力通過閥門限位開關(guān)3迅速排氣。

③故障現(xiàn)象及原因

倉泵出口第一道切斷閥XV0404出現(xiàn)閥門不動(dòng)作、閥體密封氣囊破裂漏粉、反饋與實(shí)際關(guān)狀態(tài)不符的情況，進(jìn)料閥XV0402無法動(dòng)作，平衡線閥XV0403出現(xiàn)無法動(dòng)作，輸送管線切斷閥XV0408/0409/0410/0411A/B出現(xiàn)無法動(dòng)作、反饋與實(shí)際關(guān)狀態(tài)不符的情況。2020年共更換氣囊出現(xiàn)53次。

密封氣囊工作壓力在0-700kPa之間，氣囊在閥開關(guān)時(shí)處于充泄壓狀態(tài)，尤其是倉泵出口圓頂閥XV0404，XV0404開關(guān)頻次≥20次/小時(shí)，且有煤粉高速?zèng)_刷，氣囊材料疲勞破裂，從而煤粉由儀表快排閥排氣口漏出，造成粉煤泄漏；同時(shí)由于XV0404/XV0408/0409/0410/0411A/B等閥采用密封氣囊壓力＞600kPa作為該閥的關(guān)反饋信號(hào)，氣囊破裂后，氣源壓力就通不過3送至壓力開關(guān)5，導(dǎo)致閥門出現(xiàn)出現(xiàn)無法動(dòng)作、反饋與實(shí)際關(guān)狀態(tài)不符的情況。

(2)倉泵泄壓管線堵的現(xiàn)象及原因分析

倉泵泄壓管線堵的現(xiàn)象是圓頂閥XV0403閥打開無法均壓，導(dǎo)致倉泵順控停止在第1步，倉泵無法與粉煤倉連通，造成收料困難。由于該放空線連接著微正壓的煤粉倉V1104，嚴(yán)禁壓力＞0.1MPa向V1104泄壓（防止爆破片損壞），因而低壓力無法吹通，只能割管線人工清理；2020年共出現(xiàn)35次。

倉泵泄壓管線堵主要有以下三點(diǎn)：第一，磨煤系統(tǒng)露點(diǎn)高，原煤水含量較高，放空量、氮?dú)庋a(bǔ)入量一定，磨煤系統(tǒng)露點(diǎn)升高，煤粉易結(jié)塊，倉泵通過放空線均壓時(shí)帶入煤粉殘留于放空線中結(jié)塊，從而堵塞放空線；第二，倉泵放空線的設(shè)計(jì)在彎頭處有一限流孔板，此設(shè)計(jì)增大了放空時(shí)帶入的煤粉集聚；第三，放空管線只有保溫，在倉泵停用后，未進(jìn)行多次吹掃排盡倉泵內(nèi)粉煤，隨著煤粉溫度的下降，煤粉結(jié)塊從而導(dǎo)致輸送管線堵塞。

(3)倉泵至粉煤儲(chǔ)罐輸送管線堵塞

倉泵至粉煤儲(chǔ)罐垂直距離40m，水平距離最短30m，最長約70m，在倉泵輸送的過程中，設(shè)定倉泵充壓至0.07MPa開始打開倉泵出料閥XV0404，向氣化單元粉煤儲(chǔ)罐輸送煤粉，在低于0.03MPa時(shí)。在倉泵單次輸送煤粉超過5t/次或倉泵出現(xiàn)故障后，上一次煤粉沒有完全輸送至粉煤儲(chǔ)罐時(shí)，此現(xiàn)象尤為常見。

倉泵至粉煤儲(chǔ)罐輸送管線堵塞主要有以下三點(diǎn)原因：第一，倉泵在充壓管線有減壓閥，減壓閥中彈簧不穩(wěn)定，有時(shí)彈簧自動(dòng)回至原位，致使輸送時(shí)氣量過小，煤粉在管道上堆積，導(dǎo)致管道堵塞；第二，倉泵單次輸送量過大，倉泵每次輸送在垂直管道有殘余煤粉，導(dǎo)致管線堵塞；第三，倉泵在上次使用后，未及時(shí)進(jìn)行空跑吹掃，管道內(nèi)殘余煤粉結(jié)塊。

(4)停用倉泵安全風(fēng)險(xiǎn)巨大

倉泵在停用期間，由于系統(tǒng)內(nèi)存在殘余煤粉，倉管圓頂閥使用儀表風(fēng)作為氣源，在氣囊破損初期不易發(fā)現(xiàn)，儀表風(fēng)通過氣囊進(jìn)入管道內(nèi)，致使倉泵內(nèi)的粉煤發(fā)生自燃，甚至爆炸事故。

4.應(yīng)對(duì)措施

(1)倉泵圓頂閥改造

第一，將圓頂閥回訊氣路增加減壓閥和快排閥，利用減壓閥把回訊氣路壓力由0.6MPa降至0.3MPa，以延長氣囊的使用壽命，利用快排閥把氣囊串入回訊氣路中的煤粉排出，減少煤粉對(duì)氣控回路儀表設(shè)備的影響，降低氣控回路儀表故障卡澀的機(jī)率；第二，通過更換更材質(zhì)更好的橡膠氣囊，延長使用時(shí)間；第三，根據(jù)氣化單元用煤量優(yōu)化倉泵順控時(shí)間，從而延長閥門密封氣囊壽命；保證備用倉泵可用，同時(shí)加強(qiáng)巡檢監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)異常，提早處理，避免影響氣化用煤。

(2)倉泵泄壓管線改造

第一，增大低壓氮?dú)獾难a(bǔ)入量，將各系列磨煤補(bǔ)氮閥增大降低循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)露點(diǎn)，減少煤粉的聚集；第二，將平衡線彎頭處限流孔板改至直管段，以降低煤粉的集聚；第三，規(guī)范停車操作流程，各系列倉泵停用后，首先關(guān)閉XV0402上部插板閥，進(jìn)行多次順控空跑，排盡殘余粉煤；第四，將平衡線管線改為3節(jié)短管，以方便拆卸清理。

(3)倉泵至粉煤儲(chǔ)罐輸送管線優(yōu)化操作

第一，更換穩(wěn)定性更好的減壓閥，保證輸送時(shí)氣量大而穩(wěn)定，使煤粉在管道上不堆積；第二，通過控制倉泵進(jìn)料閥XV0402前手閥的開度控，使單次輸送量穩(wěn)定在4t/次以下；第三，倉泵停用后，進(jìn)行多次順控空跑，排盡殘余粉煤。

(4)新增備用倉泵

雖然倉泵在設(shè)計(jì)中也考慮了備用倉泵問題，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)5臺(tái)氣化爐同時(shí)滿負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，倉泵出現(xiàn)問題后，短時(shí)間內(nèi)（2h）一個(gè)倉泵向兩個(gè)運(yùn)行系列輸送粉煤時(shí)只能保持兩個(gè)系列的75%負(fù)荷，在長時(shí)間故障后，由于粉煤倉V1104對(duì)應(yīng)的系列煤粉供量不足，必須進(jìn)行磨煤系列的切換，增加了運(yùn)行成本。而每個(gè)倉泵新增一個(gè)備用倉泵，就能避免因倉泵故障而引起磨煤系列的切換。

(5)對(duì)倉泵氣源進(jìn)行改造

由于倉泵長時(shí)間檢修，煤粉不易完全清除系統(tǒng)，從著火三要素，可燃物、點(diǎn)火源、助燃物分析，將倉泵氣源由儀表風(fēng)改為低壓氮?dú)?，即使倉泵長時(shí)間不用，其系統(tǒng)內(nèi)也為惰性環(huán)境，從而避免煤粉的自燃。

5.集中制粉站爆破片損壞分析

為避免集中制粉站煤粉自燃和粉塵爆炸，集中制粉站在微正壓條件和惰性氣體環(huán)境下操作。集中供粉站在頂部設(shè)置了氧氣、一氧化碳在線分析儀、爆破片，氧氣、一氧化碳分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制粉站惰性情況，而爆破片防止煤粉倉超壓，在倉泵運(yùn)行停用后，由于倉泵充壓閥存在內(nèi)漏，倉泵壓力會(huì)緩慢升高，當(dāng)再次啟用時(shí)，由于排氣圓頂閥1011XV0403與入口圓頂閥1011XV0402同時(shí)打開，倉泵中氣體攜帶煤粉集中進(jìn)入供粉站導(dǎo)致瞬時(shí)超壓，致使爆破片破損，使一個(gè)框架被迫停車，給生產(chǎn)帶來巨大影響。為防止此事件的發(fā)生，每次啟動(dòng)倉泵前，先打開圓頂閥出口閥XV0404，使倉泵壓力向下游泄壓，避免了集中供粉站收到?jīng)_擊。

6.結(jié)束語

集中供粉依靠倉泵輸送，而倉泵系統(tǒng)控制系統(tǒng)并不復(fù)雜，但管線多、閥門多，從而異常點(diǎn)多，影響倉泵的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。倉泵系統(tǒng)的問題就主要集中在閥門故障及管線堵塞上，但本裝置采用集中供粉，倉泵關(guān)系著氣化爐的煤粉供應(yīng)，所以使得這些看似簡(jiǎn)單的問題變得非常急迫，一旦長時(shí)間無法解決，氣化爐就得降負(fù)荷運(yùn)行，更嚴(yán)重時(shí)就導(dǎo)致氣化爐停車處理。解決倉泵系統(tǒng)的問題，就解決了氣化爐的“糧食”問題。