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      煤漿流量計示數(shù)波動原因分析

      2019-01-17 11:00:26
      中氮肥 2019年2期
      關(guān)鍵詞:煤漿示數(shù)球閥

      楊 路

      (寧波中金石化有限公司,浙江 寧波 315203)

      寧波中金石化有限公司(簡稱寧波中金)氣化裝置采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝,氣化爐操作壓力1.5MPa,投煤(焦)量850t/d(摻燒石油焦)。生產(chǎn)中,煤漿通過煤漿泵加壓后輸送到工藝燒嘴,繼而噴入氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)。煤漿泵采用的是艾默里奇的雙缸雙作用煤漿泵(往復(fù)式隔膜泵),在其出口管線上設(shè)置有緩沖罐(用于緩沖脈沖能量,安裝在煤漿泵兩缸出口之間),以減小煤漿流量的波動。寧波中金氣化裝置使用了較多的流量測量裝置,其中電磁流量計應(yīng)用較為廣泛,煤漿泵出口管線上就設(shè)有3塊電磁流量計,3塊電磁流量計三選二低低值進入氣化爐安全邏輯控制系統(tǒng)中,可觸發(fā)氣化爐安全停車。

      寧波中金氣化裝置運行一段時間后,系統(tǒng)提負荷時煤漿流量計示數(shù)呈周期性波動,系統(tǒng)降至原負荷后煤漿流量計示數(shù)波動現(xiàn)象仍不能消除,可能觸發(fā)氣化爐停車,嚴重危及氣化爐的安全、穩(wěn)定運行。通常多噴嘴氣化裝置中煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動時大都從煤漿流量計自身方面查找原因,一般通過調(diào)整煤漿流量計的阻尼時間以及斷電沖洗煤漿流量計(隨著運行時間的延長,電磁流量計會吸附一些含鐵的雜質(zhì)等),波動現(xiàn)象即可消除,但寧波中金采用調(diào)整煤漿流量計阻尼時間一法收效甚微。

      1 煤漿流量計示數(shù)波動的可能原因分析

      1.1 煤漿泵自身可能存在的問題

      (1)當(dāng)煤漿泵(往復(fù)式隔膜泵)排出管路的阻力不是太大時,其容積損失主要由閥門動作的滯后性所致。進口壓力、介質(zhì)粘度、球閥開度以及管道內(nèi)介質(zhì)流速對球閥滯后性都有影響。例如:若管線內(nèi)有氣體,由于氣體的可壓縮性,會導(dǎo)致球閥動作滯后且開啟角度增大;單向閥在開啟后不能回復(fù)到原有位置,會導(dǎo)致其出口管線內(nèi)的煤漿流量過多地倒流入將要吸入煤漿的缸體;另外,球閥運行周期過長時,由于磨損嚴重、閥芯質(zhì)量下降,會導(dǎo)致球閥滯后角增大,單向閥無法運行到指定位置,導(dǎo)致煤漿倒流,進而影響煤漿泵出口流量,使其呈現(xiàn)周期性波動。采用彈簧式球閥(煤漿泵的單向閥分為2種:一種為彈簧式球閥,一種為球閥。此處所謂的2種球閥,實際上為配套不同廠家的煤漿泵,一般菲魯瓦隔膜煤漿泵采用球閥,GEHO隔膜煤漿泵采用彈簧式球閥),可改善球閥動作滯后的問題。

      (2)由于某種原因?qū)е旅簼{泵某缸打量下降而引起煤漿流量計示數(shù)波動。首先,驅(qū)動液內(nèi)有空氣時,煤漿泵打量會下降;其次,煤漿泵運行一段時間后,某種原因?qū)е旅簼{進口管通徑縮小,吸入量不足,煤漿泵打量也會下降。例如,常見的由于煤漿的穩(wěn)定性差,煤漿泵入口緩沖罐內(nèi)煤漿極易沉淀,當(dāng)這些沉淀物脫落時,極易在單向閥處或者管道變徑處卡住,在煤漿吸入行程時硬塊靠近變徑處,在排出行程時硬塊遠離變徑處,周而復(fù)始,使煤漿吸入量不足,進而導(dǎo)致煤漿泵出口流量出現(xiàn)周期性波動。

      1.2 緩沖罐方面的原因

      往復(fù)式隔膜泵由于其活塞固有的運動規(guī)律會引起流量脈動,導(dǎo)致吸入、排出壓力的波動,對泵及管路系統(tǒng)有一定的危害。為減小排出管線中流量脈動和壓力波動,通常都會在泵出口安裝緩沖罐(含蓄能器),若緩沖罐的設(shè)計及運行方面存在一些問題,也會導(dǎo)致煤漿流量波動。具體情況主要有以下幾種。

      (1)緩沖罐緩沖空間不足,不能有效緩沖煤漿的脈沖能量。寧波中金煤漿泵出口緩沖罐設(shè)計方面存在一些問題,導(dǎo)致系統(tǒng)在運行一段時間后調(diào)整煤漿泵轉(zhuǎn)速的過程中煤漿流量出現(xiàn)波動。改變(降低)隔膜泵沖次不能有效抑制流量脈動,甚至可能增大流量脈動。

      (2)緩沖罐壓力低而致緩沖罐緩沖效果下降??諝馐业闹饕δ苁撬p空氣室以后管路中液體的脈動,從而減小壓力波動。緩沖罐后管路中的流量脈動程度與隔膜泵和空氣室結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)有關(guān)。增大空氣室預(yù)充壓力可使流量脈動減輕,但空氣室預(yù)充壓力值受空氣室中薄膜壽命及其承受能力的限制,不能取值過大,過高的充氣壓力反而會加劇流量脈動。實踐表明,當(dāng)充氣壓力略低于平均工作壓力時,脈動抑制效果較佳。一般推薦緩沖罐預(yù)充壓力為泵出口壓力的60%~80%,工業(yè)生產(chǎn)中大部分緩沖罐預(yù)充壓力約為煤漿泵出口壓力的80%,各緩沖罐有一些差別。在煤漿泵出口壓力出現(xiàn)大幅波動時,調(diào)整緩沖罐壓力也就成為了一種主要手段。

      (3)緩沖罐的參數(shù)對脈動衰減率的影響也較大??諝獍肟趶焦荛L度越長,緩沖效果越差;入口徑管直徑越大,緩沖效果越差。而這2個參數(shù)也是極易被忽略的。此外,蓄能器在煤漿泵出口管路中位置的改變可以減緩脈動,安裝蓄能器后泵出口至蓄能器之間管路流量脈動率會增加,故蓄能器應(yīng)盡量安裝在靠近泵出口位置。

      2 煤漿流量計示數(shù)波動原因排查

      (1)查看煤漿流量計示數(shù)波動期間氣化爐爐溫及粗煤氣成分,發(fā)現(xiàn)示數(shù)波動前后氣化爐爐溫及粗煤氣成分并沒有出現(xiàn)周期性波動,由此基本上可判斷不是入爐實際煤漿流量出現(xiàn)了波動,這也可間接排除煤漿泵隔膜破裂的可能。

      (2)在煤漿流量計示數(shù)波動期間,調(diào)整煤漿泵的轉(zhuǎn)速,煤漿流量計示數(shù)波動并沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn);煤漿泵恢復(fù)至波動前的轉(zhuǎn)速時,煤漿流量計示數(shù)的周期性波動現(xiàn)象也沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)。同時,還對煤漿槽液位以及煤漿泵運行沖次進行查看,發(fā)現(xiàn)并沒有規(guī)律可循。

      (3)氣化裝置運行期間,現(xiàn)場查看煤漿泵出口緩沖罐壓力,并沒有下降,且緩沖罐壓力并沒有出現(xiàn)大幅波動。據(jù)了解,新能鳳凰(滕州)能源有限公司(簡稱新能鳳凰)6.5MPa多噴嘴氣化裝置運行過程中曾出現(xiàn)過煤漿泵出口緩沖罐壓力下降的情況,且壓力波動幅度較大,但并沒有出現(xiàn)流量計示數(shù)周期性波動的現(xiàn)象。寧波中金對煤漿泵出口緩沖罐壓力進行在線調(diào)整,由于煤漿流量參與氣化裝置安全聯(lián)鎖,為確保安全將煤漿流量計聯(lián)鎖解除,但調(diào)整期間煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)了更大幅度的波動。由此可推斷,煤漿流量計示數(shù)大幅度波動的主要原因在于緩沖罐壓力的波動。調(diào)閱運行參數(shù)發(fā)現(xiàn),煤漿流量計示數(shù)波動多發(fā)生在氣化爐操作壓力在1.20~1.35MPa的區(qū)間,由此推斷,氣化爐操作壓力在某一區(qū)間時,由于煤漿泵出口緩沖罐壓力不合適,從而引起了煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動;而且氣化爐運行壓力波動區(qū)間狹窄,只有0.15MPa,由此對緩沖罐的預(yù)充壓力有了更高的要求。

      (4)通過將寧波中金煤漿泵出口緩沖罐的結(jié)構(gòu)形式及安裝位置與新能鳳凰進行比較發(fā)現(xiàn),寧波中金煤漿泵出口緩沖罐空氣包入口徑管(指緩沖罐空氣包與煤漿泵出口連接處的圓形管道,簡稱緩沖罐徑管)過短,且安裝位置與新能鳳凰有較大的差別,新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐均安裝在煤漿泵出口總管上,而寧波中金緩沖罐安裝在煤漿泵兩缸出口之間??梢?,由于寧波中金煤漿泵出口緩沖罐徑管太短(幾乎沒有)而直徑過大,導(dǎo)致緩沖罐緩沖效果不佳;同時,由于緩沖罐的安裝位置處于煤漿泵兩缸出口之間,導(dǎo)致靠近出口總管的那一缸的緩沖效果下降。簡言之,緩沖罐結(jié)構(gòu)形式及安裝位置不適宜導(dǎo)致緩沖罐緩沖效果下降,也就成為了引起煤漿流量計示數(shù)出現(xiàn)波動的原因之一。

      3 調(diào)整措施

      查閱煤漿泵充壓記錄發(fā)現(xiàn),煤漿流量計示數(shù)波動時氮氣緩沖罐充壓為1.2MPa、氣化爐壓力為1.2MPa、煤漿泵出口壓力為2.0MPa,即煤漿流量計示數(shù)波動時緩沖罐壓力僅為泵出口壓力的60%。而據(jù)經(jīng)驗公式,緩沖罐的預(yù)充壓力應(yīng)為煤漿泵出口壓力的80%,即當(dāng)氣化爐操作壓力在1.2MPa、煤漿泵出口壓力為2.0MPa時,緩沖罐的壓力應(yīng)為1.6MPa。于是,將緩沖罐預(yù)充壓力調(diào)整至1.6MPa,并利用煤漿實物標定煤漿泵[一般在氣化裝置原始投料或者原料煤種更換后,為保證其安全運行,均會對煤漿泵進行實物(煤漿)標定]。調(diào)整后,在氣化爐操作壓力為1.2~1.3MPa時,煤漿流量計示數(shù)不再波動,且在煤漿泵出口壓力達到2.0MPa時,煤漿泵出口煤漿管線50m處遠傳壓力指示為1.6 MPa,與緩沖罐預(yù)充壓力一致。

      4 結(jié) 論

      (1)煤漿流量波動時,改變(降低)隔膜煤漿泵沖次,不能對流量脈動起到抑制作用,甚至可能增大流量脈動。

      (2)寧波中金雙缸共用1臺緩沖罐的往復(fù)式隔膜煤漿泵不可在線進行緩沖罐壓力調(diào)整操作(新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐之壓力可以進行在線調(diào)整),現(xiàn)已作調(diào)整。

      (3)當(dāng)煤漿泵出口緩沖罐壓力與氣化爐壓力接近時,緩沖罐的緩沖效果將大幅下降。

      (4)煤漿泵出口緩沖罐的預(yù)充壓力為泵出口壓力的80%,或與距泵出口50m處煤漿管線壓力相同時,可確保煤漿流量計示數(shù)不波動。

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