高溫?zé)崴眠\行問題分析及優(yōu)化改進

孔德升，馬小剛

［新能鳳凰（滕州）能源有限公司，山東滕州 277527］

0 引 言

新能鳳凰（滕州）能源有限公司（簡稱新能鳳凰）2×360kt／a甲醇項目（3套）氣化裝置采用華東理工大學(xué)與兗礦集團共同研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝（3臺氣化爐，兩開一備）。在多噴嘴水煤漿氣化工藝中，高溫?zé)崴檬窍到y(tǒng)水循環(huán)中的核心機泵之一，其在水系統(tǒng)中的作用如下：①是連接低壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)的橋梁，入口連接高溫?zé)崴畠?，用以對回收熱量后的高溫?zé)崴訅?，正常運行時分別作為水洗塔塔盤補水、水洗塔液位補水和鎖斗充壓用水的輸送機泵，其送水量占水洗塔總補水量的70%；②當(dāng)黑水循環(huán)泵雙泵故障時，高溫?zé)崴糜糜诩だ渌鹿恃a水，起到保護激冷環(huán)和下降管的作用；③當(dāng)緊急停車泄壓速率過快時，高溫?zé)崴锰峁┖谒h(huán)泵入口降溫用水，避免黑水循環(huán)泵汽蝕損壞和激冷水中斷。

新能鳳凰多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置運行初期，水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一的高溫?zé)崴么蛄窟^低，限制了激冷水流量的提高，導(dǎo)致水煤氣帶灰嚴重，嚴重制約了氣化爐負荷的提高；同時，高溫?zé)崴幂S瓦頻繁損壞，多次造成氣化裝置緊急停車，嚴重制約了裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行，給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟損失。為此，新能鳳凰采取了一系列的措施對高溫?zé)崴眠M行優(yōu)化改造，最終實現(xiàn)了氣化裝置的長周期、穩(wěn)定運行。以下對高溫?zé)崴眠\行問題及其優(yōu)化改進作一梳理與總結(jié)。

1 高溫?zé)崴么嬖诘膯栴}及原因分析

1.1 高溫?zé)崴么蛄康?/h3>

新能鳳凰氣化裝置高溫?zé)崴脼榇筮B深藍泵業(yè)有限公司制造，共6臺，分別對應(yīng)3套氣化裝置，每套裝置的2臺高溫?zé)崴靡婚_一備。高溫?zé)崴迷O(shè)計揚程760m，額定流量245m3／h，正常工況下出口壓力控制在7.5MPa；備用泵設(shè)計有壓力自啟動聯(lián)鎖，備用時泵進、出口閥全開，當(dāng)運行泵故障——出口壓力降至7.0MPa時，備用泵聯(lián)鎖啟動，保證水洗塔供水的穩(wěn)定，并避免水洗塔內(nèi)的高壓水煤氣反竄入蒸發(fā)熱水塔而引發(fā)事故，高溫?zé)崴贸隹趩蜗蜷y旁路設(shè)有限流孔板，加壓后的高溫?zé)崴ㄟ^限流孔板回流，使備用泵始終保持熱備狀態(tài)。

投產(chǎn)初期，高溫?zé)崴贸隹诹髁績H能維持在180m3／h左右，水洗塔塔盤補水不足，激冷水流量不能提高，曾一度制約氣化爐運行負荷的提高；同時，變換高溫冷凝液泵頻繁出現(xiàn)打量降低問題，拆檢其入口過濾器發(fā)現(xiàn)細灰堵塞嚴重，嚴重時每2d就需要倒泵清理1次入口濾網(wǎng)。

通過對高溫?zé)崴玫倪\行數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)熱水塔壓力受氣化爐負荷影響控制在0.60MPa，在運高溫?zé)崴萌肟趬毫Φ?，僅有0.70MPa，高溫?zé)崴萌肟趬侯^不足導(dǎo)致其打量不足，并且備用泵備用時泵體有較大沖擊聲響，大量的高溫?zé)崴?jīng)備用泵出口單向閥旁路孔板回流至在運泵入口，也降低了在運泵的做功效率。簡言之，入口壓頭不足和備用泵熱備時的高溫?zé)崴亓鲬?yīng)是高溫?zé)崴么蛄康偷闹饕颉?/p>

1.2 高溫?zé)崴妙l繁燒瓦

1.2.1 高溫?zé)崴闷g

高溫?zé)崴妙l繁燒瓦后，對泵進行拆檢，發(fā)現(xiàn)其葉輪表面存在凹坑；對高溫?zé)崴玫脑O(shè)計參數(shù)進行檢查，發(fā)現(xiàn)泵汽蝕余量不足，NPSHa僅有4m，抗汽蝕能力差。當(dāng)閃蒸系統(tǒng)工況波動或高溫?zé)崴萌肟跒V網(wǎng)堵塞時，高溫?zé)崴萌肟趬毫ν蝗唤档?，而進入葉輪的水溫仍較高，當(dāng)葉輪吸入口處的壓力小于水溫下的飽和蒸汽壓時，泵就會發(fā)生汽蝕。簡言之，汽蝕應(yīng)該是造成高溫?zé)崴妙l繁燒瓦的主要原因之一。

1.2.2 高溫?zé)崴幂S向受力不平衡

高溫?zé)崴脼榕P式多級離心泵，共有8級9個葉輪；其中，第一級有2個葉輪對稱安裝，每4級葉輪為1組，2組對稱安裝，用以平衡葉輪和泵軸的軸向推力。拆檢高溫?zé)崴冒l(fā)現(xiàn)，第四級與末級軸套內(nèi)有灰渣進入，并有明顯磨損痕跡。分析認為，高溫?zé)崴玫谒募壋隹趬毫H3.0MPa，末級出口壓力7.5MPa，高壓差下灰水會從泵出口經(jīng)軸套回流至第四級葉輪，其沖擊力破壞了原有的平衡作用力，會使泵軸因軸向受力不平衡而發(fā)生軸向位移。簡言之，軸向受力不平衡是造成高溫?zé)崴妙l繁燒瓦的原因之一。

1.2.3 高溫?zé)崴幂S承與軸瓦的頂間隙偏小

高溫?zé)崴幂S瓦由上瓦和下瓦組成，軸承包裹于其中，高溫?zé)崴脝雍?，高速旋轉(zhuǎn)的泵軸存在一定的位移，當(dāng)泵軸與軸瓦的頂間隙偏小時，轉(zhuǎn)動的泵軸容易與軸瓦摩擦，從而擦傷軸瓦。檢查高溫?zé)崴冒惭b對中數(shù)據(jù)和單體試車記錄，未見異常，6臺高溫?zé)崴脝误w試車時均未出現(xiàn)軸瓦超溫現(xiàn)象，因此可以認為高溫?zé)崴幂S承與軸瓦的頂間隙不存在大的問題，應(yīng)該不是其頻繁燒瓦的原因之一。

1.2.4 閃蒸系統(tǒng)工況波動大

高溫?zé)崴妙l繁燒瓦時，氣化爐運行負荷控制在75%，由于氣化用原料煤灰分高、灰熔點高、黏溫特性差，導(dǎo)致氣化爐長期在高溫工況下操作，系統(tǒng)熱負荷大，系統(tǒng)水平衡和熱量平衡嚴重失調(diào)，氣化爐黑水排量不穩(wěn)定，閃蒸系統(tǒng)工況波動大：激冷水在氣化爐激冷室內(nèi)較大比例地轉(zhuǎn)變成水蒸氣，氣化爐排出的黑水流量低，黑水閃蒸產(chǎn)生的蒸汽量小，經(jīng)熱水室出蒸發(fā)熱水塔的閃蒸氣溫度設(shè)計為172℃，實際僅有90℃，閃蒸氣冷凝后幾乎沒有酸性氣和冷凝液；蒸發(fā)熱水塔壓力低，調(diào)節(jié)閥長期處于關(guān)閉狀態(tài)；氣化爐、水洗塔和旋風(fēng)分離器的液位調(diào)節(jié)閥每4h切換一次，當(dāng)閥門切換時，進蒸發(fā)熱水塔的黑水流量瞬間減小，閃蒸系統(tǒng)壓力的波動引起高溫?zé)崴萌肟趬毫Υ蠓▌樱淙~輪受力失去平衡，繼而導(dǎo)致高溫?zé)崴帽幂S發(fā)生軸向位移。簡言之，閃蒸系統(tǒng)工況波動大是造成高溫?zé)崴妙l繁燒瓦的主要原因之一。

1.2.5 泵體及進出口管道應(yīng)力

高溫?zé)崴脝误w試車與正常運行時的工況差別較大，單體試車是在常壓下進行的，輸送的是25℃的低溫水，而正常運行時閃蒸系統(tǒng)壓力控制在0.6MPa以上，高溫?zé)崴疁囟冗_到160℃，泵體和進出口管道均會因熱脹冷縮而產(chǎn)生應(yīng)力，氣化爐投料后，系統(tǒng)水溫逐漸升高，泵體和進出口管道經(jīng)升溫承壓后產(chǎn)生的應(yīng)力會打破原有靜態(tài)時的力平衡，使軸承箱與進出口管道對中出現(xiàn)偏差，嚴重時會導(dǎo)致高溫?zé)崴脽摺?/p>

2 優(yōu)化改進措施

2.1 針對打量低的優(yōu)化改進

（1）將蒸發(fā)熱水塔操作壓力由0.60MPa提升至0.75MPa，以增大高溫?zé)崴萌肟趬侯^，使高溫?zé)崴萌肟趬毫Σ坏陀?.80MPa。

（2）改造高溫?zé)崴贸隹趩蜗蜷y旁路限流孔板——縮小限流孔板尺寸，以減少備用泵熱備時高溫?zé)崴幕亓髁?，從而減少在運高溫?zé)崴玫牧髁繐p失。

2.2 針對頻繁燒瓦的優(yōu)化改進

2.2.1 改進高溫?zé)崴萌肟跒V網(wǎng)尺寸

將高溫?zé)崴萌肟跒V網(wǎng)由原來的40目更換為6目，降低入口壓力損失，以提高高溫?zé)崴玫目蛊g性能。

2.2.2 高溫?zé)崴迷黾蛹夐g沖洗水

經(jīng)與設(shè)備廠家交流，對高溫?zé)崴眠M行改造——增設(shè)級間沖洗水，即采用9.0MPa、104℃的脫鹽水作為第四級葉輪與末級葉輪、第七級葉輪與末級葉輪的軸套沖洗水，以均衡高溫?zé)崴帽幂S的軸向推力。

2.2.3 調(diào)整軸承與軸瓦的頂間隙

雖然檢查高溫?zé)崴冒惭b記錄和對中數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常，且高溫?zé)崴脝误w試車時運行正常，但系統(tǒng)運行時閃蒸系統(tǒng)工況存在波動，為增強設(shè)備抵御異常工況的能力，對其軸瓦進行了刮研處理，適當(dāng)增大了軸承與軸瓦的頂間隙。

2.2.4 優(yōu)化系統(tǒng)工況

（1）改善煤種。新能鳳凰氣化裝置使用的原料煤為高灰熔點煤，氣化爐長期高溫操作，不僅破壞水系統(tǒng)的熱量平衡，頻繁造成氣化爐渣口堵塞以及氣化爐爐壁竄氣超溫而被迫停車，而且縮短工藝燒嘴和耐火磚的使用壽命，制約氣化裝置的長周期、安全、穩(wěn)定運行。為此，新能鳳凰更換原料煤為優(yōu)質(zhì)煤種，并制定了氣化用煤選購標(biāo)準(zhǔn)，將灰熔點＜1230℃、灰分＜8%、內(nèi)水＜7%、發(fā)熱量＞6200kcal／kg作為氣化用煤的關(guān)鍵控制指標(biāo)。

（2）提升系統(tǒng)負荷。將氣化裝置生產(chǎn)負荷提升至90%以上，并同比例調(diào)整系統(tǒng)的水循環(huán)量，嚴禁生產(chǎn)負荷與系統(tǒng)水循環(huán)量不匹配；當(dāng)2套以上氣化裝置同時運行時，平均分配變換高溫冷凝液、變換低溫冷凝液和脫氧水補入量，保證水系統(tǒng)的熱量平衡。

（3）優(yōu)化改進氣化爐激冷室液位調(diào)節(jié)閥。氣化爐黑水排量不穩(wěn)定的又一因素是激冷室液位調(diào)節(jié)閥選型存在缺陷，閥門CV值過大，長期在20%以下閥位運行，在高壓差下控制不穩(wěn)定，250℃、6.5MPa的黑水經(jīng)角閥進入0.7MPa的低壓環(huán)境，黑水大量汽化、酸性氣解吸形成氣液固共存流體，造成閥體振動加劇，閥門定位器頻繁脫落，甚至失去調(diào)節(jié)能力。通過與閥門廠家進行技術(shù)交流，對氣化爐激冷室液位調(diào)節(jié)閥的閥芯和閥座尺寸進行了調(diào)整，降低自調(diào)閥CV值，并加粗了閥桿，從而增強了氣化爐激冷室液位調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性；另外，在角閥筒體下增設(shè)了彈性支撐，以減輕運行時閥體的振動。

2.2.5 進行對中補償處理

在高溫?zé)崴幂S承箱和進出口管道法蘭處安裝百分表，對比氣化爐開車前后百分表示數(shù)的變化，據(jù)位移量在靜態(tài)對中安裝時進行補償。

3 優(yōu)化改進效果

（1）對高溫?zé)崴贸隹趩蜗蜷y旁路限流孔板尺寸進行改造及提高蒸發(fā)熱水塔操作壓力后，現(xiàn)高溫?zé)崴盟腿胨此牧髁恳堰_230m3／h，滿足了系統(tǒng)高負荷運行的需要，且變換高溫冷凝液泵也再未因細灰堵塞入口濾網(wǎng)而倒泵檢修。

（2）對氣化爐激冷室液位調(diào)節(jié)閥進行優(yōu)化改進后，氣化爐黑水排量穩(wěn)定，水系統(tǒng)的熱量平衡得到改善，閃蒸系統(tǒng)的工況得以穩(wěn)定，蒸發(fā)熱水塔壓力波動小于0.03MPa，高溫?zé)崴迷傥闯霈F(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，檢修時拆檢發(fā)現(xiàn)其葉輪完好。

（3）調(diào)整高溫?zé)崴幂S承與軸瓦的頂間隙、靜態(tài)安裝時對軸承箱和進出口管道對中進行補償以及增設(shè)9.0MPa軸套沖洗水等措施落實后，運行中高溫?zé)崴迷傥闯霈F(xiàn)燒瓦事故，氣化裝置實現(xiàn)了110%負荷常態(tài)化穩(wěn)定運行。