高壓煤漿泵長周期運行的技術改造

王 磊，薛建麗

（陜西延長石油集團榆林煤化有限公司，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℃發生劇烈的氧化反應，生成合成氣。高壓煤漿泵是水煤漿氣化爐系統的關鍵設備，當出現故障時會跳車，導致氣化爐停爐，氣化工藝系統減量，制約氣化系統的長周期穩定運行。

延長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泵；適用于輸送含有固體顆粒的流體介質，采用交流變頻調速電機帶動活塞運行，主要由驅動系統、動力端、液體段、潤滑系統組成。減速端由三個活塞缸，三個隔膜室及進、出口組合管組成，進出口管上都裝有隔膜緩沖器，以緩沖煤漿的壓力波動而引起的管道振動。被輸送的流體不與轉動部件接觸，通過一個橡膠隔膜使泵輸送的流體和推進液之間形成機械分離，使轉動的部件在干凈的推進液中運轉，以防止煤漿對活塞的腐蝕。

該泵主要技術參數如表1。

表1 泵主要技術參數表

工作原理 電機通過聯軸器和齒輪減速器帶動曲軸和偏心輪機構、連桿，使活塞在活塞缸內做往復運動，從而使驅動液端和水煤漿端的隔膜室的容積發生相應的變化；在泵的水煤漿端進、出口設有單向閥，在隔膜室容積增大時進口單向閥打開，出口單向閥關閉，水煤漿被吸入，反之，隔膜室容積變小時，水煤漿被加壓排出，從而達到輸送流體的目的。

1 橡膠隔膜破裂

由于生產是連續不間斷的，高壓隔膜煤漿泵又是整個德士古氣化裝置的關鍵設備，只要不是該泵PLC系統自鎖聯動跳車，一般出現一些小故障都要堅持運行一段時間，以便讓整個系統安全停車，退出生產。這就使得該泵時常不得不處于帶故障運行的狀態，而故障一旦是隔膜破裂，那么煤漿就會進入到活塞缸內與純凈的驅動液混合，并磨損活塞體和活塞缸。由于此時該泵并未停車，該泵液壓油高壓補給系統將會自動往活塞缸內強行補油，導致液壓油損失。在這種故障運行中，整個活塞缸內有大量的煤漿參與到活塞的往復運動，輕者導致活塞環組件的磨損，嚴重時將活塞缸拉毛導致液壓油泄漏，而泄漏出的液壓油中帶有大量煤漿，又會使該泵的自沖洗油泵系統污染，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

近期高壓隔膜煤漿泵在停車檢修活門后試運行時出現隔膜異常破裂現象，困擾著安全生產。高壓隔膜煤漿泵的隔膜的使用壽命一般在2 000～3 000h，隔膜主要是依賴進口荷蘭GEHO公司產品，而且價格昂貴。

高壓隔膜煤漿泵出現隔膜異常破裂后，有關人員進入現場仔細檢查。檢查驅動液壓油油箱時發現油位偏低，而且油質發黑，證明液壓油混有煤漿；據工作經驗判斷，隔膜已經破裂，并且煤漿已經進入驅動液壓油箱。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現1號缸隔膜破裂，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一字形裂口，并且隔膜是新近更換的。帶著這個疑惑，工程技術人員及分管領導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，清水試車運行，剛啟動該泵就發現，在PLC顯示板上1號缸高壓補油顯示燈間斷閃亮，指示1號缸高壓驅動液在間斷補給；立即打開活塞缸上部的蓋板，發現該泵自沖洗系統已啟動，指揮操作工手動將沖洗油泵停車后，觀察到從1號活塞缸有向外泄漏驅動液壓油的現象，而且泄漏量不小。此時，現場操作工發現PLC顯示板上1號缸高壓補油燈長亮，即刻停車處理后，打開該泵1號隔膜室壓蓋檢查發現，在同樣的位置出現了同樣的斷口。據此結果并根據工作經驗判斷，隔膜破裂的原因是高壓驅動液補給造成的，PLC控制系統是根據驅動液壓油的壓力急劇降低而啟動高壓驅動液泵；而造成驅動液壓油壓力急劇降低的原因是活塞缸拉毛、活塞環組件嚴重磨損等。事故原因查明后，立刻帶領機組人員對該泵1號缸缸套進行了研磨和更換活塞環，并且對其他兩缸也做了相應的處理。1號缸換上新隔膜后一次試車合格，投入系統運行。

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械式自控機構專利技術”和1套完善的補償系統

不論驅動液體如何變化，系統都能自動補償，從而始終保證隔膜兩側的動態壓力平衡，并確保隔膜從中心平衡位置向兩側撓曲位移時，隔膜的最大撓曲值不超過設計允許值。

（2）采用預變形橡膠雙層復合隔膜，使撓曲變形所產生的內應力最小

所謂預變形隔膜，是將隔膜形狀預先制成曲面，設計采用了耐油、耐磨又具有良好彈性的橡膠，經模具壓制成設計給定的曲面，并使2層隔膜曲面能很好地吻合在一起，構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撓曲變形到最大允許撓度時，正好是隔膜的曲面伸展呈盆狀，不產生附加的拉伸應力，內應力幾乎等于零。這樣一來，雖然隔膜在工作狀態下不斷地從中心平衡位置向兩側做反復撓曲位移，但因為內應力很小或近于零，就可以大大延長隔膜的使用壽命。雖然這種形狀隔膜的設計和制造比一般平板隔膜要復雜，但經實驗表明，這種隔膜更耐疲勞，使用壽命更長。

（3）應用隔膜破裂報警技術

在該泵中采用了雙層隔膜，以便采用壓敏技術的 “隔膜破裂報警系統”，不論是與輸送液體接觸的還是與驅動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開關，使之可以在隔膜破裂后0.2s內發出聲、光、電報警信號，警示隔膜已破裂，并可實施緊急停泵后立即啟動備用泵，保證設備和裝置的安全運行。

2 煤漿穩定性差

因為煤漿穩定性差，在管道內發生沉積，堵塞入口短節，使煤漿不能進入缸體，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堵塞

2.1 更換磨煤機鋼棒

磨煤機中的鋼棒使用一段時間后，鋼棒破碎率非常高，材質發生了很大變化。由于鋼棒碎粒粒度較小，篩網無法篩出小一點的球粒，當小球粒通過篩孔落入煤漿槽后，隨煤漿進入高壓煤漿泵。

針對這個問題，據滾筒篩對粗粒子的篩選情況對滾筒篩進行了更換。由于篩孔變窄，破碎的小顆粒鋼球無法通過篩孔進入煤漿槽，并適當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的停留時間，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 語

通過技術改造，延長了氣化爐高壓煤漿泵的可靠運行時間，設備運行的穩定性、連續性、安全性和可靠性大大提高，維護成本降低，取得了顯著的經濟效益。