［摘要］石化有限公司1.5MPa多噴嘴水煤漿氣化裝置煤漿泵出口煤漿管線上設(shè)有3塊電磁流量計(jì)，此3塊電磁流量計(jì)三選二低低值(流量)進(jìn)入氣化爐安全邏輯控制系統(tǒng)，可觸發(fā)氣化爐安全停車。氣化爐在運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)提負(fù)荷時(shí)煤漿流量計(jì)示數(shù)出現(xiàn)周期性波動(dòng)，且降負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象不會(huì)消除，業(yè)內(nèi)常通過調(diào)整煤漿流量計(jì)阻尼時(shí)間等予以解決，但采用調(diào)整煤漿流量計(jì)阻尼時(shí)間一法收效甚微。結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際狀況，從煤漿泵自身及其出口緩沖罐方面進(jìn)行原因分析與排查，確認(rèn)是緩沖罐預(yù)充壓力過低和緩沖罐結(jié)構(gòu)形式及安裝位置不適宜(導(dǎo)致緩沖效果不佳)等引起了煤漿流量計(jì)示數(shù)的波動(dòng)。經(jīng)調(diào)整緩沖罐預(yù)充壓力為低壓煤漿泵出口壓力的80%(亦即與距泵出口50m處煤漿管線壓力相同)后，煤漿流量計(jì)示數(shù)不再出現(xiàn)波動(dòng)。
石化有限公司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(jìn)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(dòng)。氣化裝置使用了較多的流量測量裝置，其中電磁流量計(jì)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(jì)，3塊電磁流量計(jì)三選二低低值進(jìn)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。
氣化裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)提負(fù)荷時(shí)煤漿流量計(jì)示數(shù)呈周期性波動(dòng)，系統(tǒng)降至原負(fù)荷后煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)現(xiàn)象仍不能消除，可能觸發(fā)氣化爐停車，嚴(yán)重危及氣化爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。通常多噴嘴氣化裝置中煤漿流量計(jì)示數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)大都從煤漿流量計(jì)自身方面查找原因，一般通過調(diào)整煤漿流量計(jì)的阻尼時(shí)間以及斷電沖洗煤漿流量計(jì)(隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，電磁流量計(jì)會(huì)吸附一些含鐵的雜質(zhì)等)，波動(dòng)現(xiàn)象即可消除，但采用調(diào)整煤漿流量計(jì)阻尼時(shí)間一法收效甚微。
1煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)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(shí)，其容積損失主要由閥門動(dòng)作的滯后性所致。進(jìn)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(huì)導(dǎo)致球閥動(dòng)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(huì)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(yùn)行周期過長時(shí)，由于磨損嚴(yán)重、閥芯質(zhì)量下降，會(huì)導(dǎo)致球閥滯后角增大，單向閥無法運(yùn)行到指定位置，導(dǎo)致煤漿倒流，進(jìn)而影響煤漿泵出口流量，使其呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。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(shí)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(dòng)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(jì)示數(shù)波動(dòng)。首先，驅(qū)動(dòng)液內(nèi)有空氣時(shí)，煤漿泵打量會(huì)下降;其次，煤漿泵運(yùn)行一段時(shí)間后，某種原因?qū)е旅簼{進(jìn)口管通徑縮小，吸入量不足，煤漿泵打量也會(huì)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(shí)，極易在單向閥處或者管道變徑處卡住，在煤漿吸入行程時(shí)硬塊靠近變徑處，在排出行程時(shí)硬塊遠(yuǎn)離變徑處，周而復(fù)始，使煤漿吸入量不足，進(jìn)而導(dǎo)致煤漿泵出口流量出現(xiàn)周期性波動(dòng)。
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(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)引起流量脈動(dòng)，導(dǎo)致吸入、排出壓力的波動(dòng)，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(dòng)和壓力波動(dòng)，通常都會(huì)在泵出口安裝緩沖罐(含蓄能器)，若緩沖罐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行方面存在一些問題，也會(huì)導(dǎo)致煤漿流量波動(dòng)。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。煤漿泵出口緩沖罐設(shè)計(jì)方面存在一些問題，導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后調(diào)整煤漿泵轉(zhuǎn)速的過程中煤漿流量出現(xiàn)波動(dòng)。改變(降低)隔膜泵沖次不能有效抑制流量脈動(dòng)，甚至可能增大流量脈動(dòng)。
(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(dòng)，從而減小壓力波動(dòng)。緩沖罐后管路中的流量脈動(dòng)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(dòng)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(huì)加劇流量脈動(dòng)。實(shí)踐表明，當(dāng)充氣壓力略低于平均工作壓力時(shí)，脈動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(dòng)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(gè)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(dòng)，安裝蓄能器后泵出口至蓄能器之間管路流量脈動(dòng)率會(huì)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(jì)示數(shù)波動(dòng)原因排查
(1)查看煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)期間氣化爐爐溫及粗煤氣成分，發(fā)現(xiàn)示數(shù)波動(dòng)前后氣化爐爐溫及粗煤氣成分并沒有出現(xiàn)周期性波動(dòng)，由此基本上可判斷不是入爐實(shí)際煤漿流量出現(xiàn)了波動(dòng)，這也可間接排除煤漿泵隔膜破裂的可能。
(2)在煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)期間，調(diào)整煤漿泵的轉(zhuǎn)速，煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)并沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn);煤漿泵恢復(fù)至波動(dòng)前的轉(zhuǎn)速時(shí)，煤漿流量計(jì)示數(shù)的周期性波動(dòng)現(xiàn)象也沒有出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)。同時(shí)，還對煤漿槽液位以及煤漿泵運(yùn)行沖次進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)并沒有規(guī)律可循。
(3)氣化裝置運(yùn)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(dòng)。據(jù)了解，6.5MPa多噴嘴氣化裝置運(yùn)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(dòng)幅度較大，但并沒有出現(xiàn)流量計(jì)示數(shù)周期性波動(dòng)的現(xiàn)象。對煤漿泵出口緩沖罐壓力進(jìn)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(jì)聯(lián)鎖解除，但調(diào)整期間煤漿流量計(jì)示數(shù)出現(xiàn)了更大幅度的波動(dòng)。由此可推斷，煤漿流量計(jì)示數(shù)大幅度波動(dòng)的主要原因在于緩沖罐壓力的波動(dòng)。調(diào)閱運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，煤漿流量計(jì)示數(shù)波動(dòng)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(shí)，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(jì)示數(shù)出現(xiàn)波動(dòng);而且氣化爐運(yùn)行壓力波動(dòng)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(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，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，而緩沖罐安裝在煤漿泵兩缸出口之間�？梢�，由于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(shí)，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(jì)示數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)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(jì)示數(shù)波動(dòng)時(shí)氮?dú)饩彌_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(jì)示數(shù)波動(dòng)時(shí)緩沖罐壓力僅為泵出口壓力的60%。而據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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(shí)物標(biāo)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(yùn)行，均會(huì)對煤漿泵進(jìn)行實(shí)物(煤漿)標(biāo)定］。調(diào)整后，在氣化爐操作壓力為1.2～1.3MPa時(shí)，煤漿流量計(jì)示數(shù)不再波動(dòng)，且在煤漿泵出口壓力達(dá)到2.0MPa時(shí)，煤漿泵出口煤漿管線50m處遠(yuǎn)傳壓力指示為1.6MPa，與緩沖罐預(yù)充壓力一致。
4結(jié)論
(1)煤漿流量波動(dòng)時(shí)，改變(降低)隔膜煤漿泵沖次，不能對流量脈動(dòng)起到抑制作用，甚至可能增大流量脈動(dòng)。
(2)雙缸共用1臺(tái)緩沖罐的往復(fù)式隔膜煤漿泵不可在線進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(shí)，可確保煤漿流量計(jì)示數(shù)不波動(dòng)。
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