煤氣化裝置除氧水泵的技術改造

劉克存

（陜西咸陽化學工業有限公司 甲醇中心，陜西咸陽 712000）

煤氣化裝置除氧水泵的技術改造

劉克存

（陜西咸陽化學工業有限公司 甲醇中心，陜西咸陽 712000）

介紹了除氧水泵在陜西咸陽化學工業有限公司年產600kt甲醇工藝運行中運行周期短的問題，通過技術改造，延長了除氧水泵的運行周期，對煤氣化裝置長、滿、優的安全運行提供了技術保障。

煤氣化；除氧水泵；技術改造

陜西咸陽化學工業有限公司是于2007年4月開工建設，2009年9月投料試車。公司年產600kt甲醇合成工藝以煤為原料，采用西北化工研究院多元料漿技術氣化制取粗原料氣，經過耐硫變換、低溫甲醇洗氣體凈化制備合格的合成氣，再經過甲醇合成、精餾生產甲醇產品。煤氣化裝置中除氧水泵是裝置的心臟，它的運行優劣，直接關系到裝置是否可以穩定運行，因此對裝置中除氧水泵的合理改造，有助于實現裝置的安全穩定運行。

1 概述

除氧器（V1411）內水的來源（如圖1所示）：大部分由低壓灰水泵提供；還有部分來自系統回收的冷凝液，主要有變換汽提塔底部來的冷凝液和高壓閃蒸分離罐冷凝液；還有一路為原水，它與除氧器液位投自調，用以維持除氧器內液位的正常穩定。除氧器采用低壓閃蒸汽汽提，低壓灰水由脫氧水槽頂部噴淋并與汽提氣逆流而下，廢蒸汽由頂部放空；正常生產后汽提氣主要由低壓閃蒸氣來提供。脫氧水槽控制壓力 0.04MPa，脫氧后的灰水由除氧水泵（P1407）加壓至 7.5MPa后，經灰水加熱器加熱，溫度升至160℃，送至氣化洗滌塔。

除氧水泵 P1407為重慶水泵廠制造，設計型號為 ZDF250-135×6 的自平衡多級離心泵，揚程 810m，額定流量 250m3/h。除氧水泵的用途是將除氧器熱力除氧后的水加壓至7.5MPa 作為洗滌塔 T1301維持液位的水源、鎖斗 V1308充壓用動力水源、P1305防氣蝕水及事故激冷水。正常生產運行中，除氧水泵4臺泵為 2開 2 備運行模式，出口總流為360～450m3/h。

2 除氧水泵運行中出現的問題

我公司除氧水泵在運行中遇到很多設計問題（如圖1所示），經過多次技術改造，才使得裝置可以穩定運行。這4臺除氧水泵在運行期間，經常出現泵的驅動端、非驅動端振動值偏大，溫度偏高的現象，當泵的驅動端、非驅動端振動值和溫度達到極限值時不得已才停泵檢修。據統計在2016年期間，共出現21次故障，平均運行周期為21d，最短運行周期為2d，最長為90d，最嚴重的時候，由于泵的檢修需要時間，4臺泵最后只剩一臺泵在運行，最后造成系統不得不降負荷運行，給氣化裝置安全運行帶來很大的隱患。

3 原因分析

1）氣化裝置在開停車過程中，由于氣化爐沒有煤漿和氧氣參加反應從而沒有產生熱量，因此造成進入除氧器的低壓閃蒸汽不足，或在裝置發生異常情況時，氣化爐和洗滌塔的排黑水量過小，同樣會造成低壓閃蒸汽不足。此時就會引起除氧器 V1411的壓力過低，進而造成除氧水泵的進口壓力過低，最后導致除氧水泵發生汽蝕。

圖1 改造前除氧水泵P1407運行流程簡圖

2）在正常的操作運行中，由于投入的低壓閃蒸汽過大，或是變換冷凝液的輸送量過大，導致除氧器內的水溫過高，從而引起除氧水泵的進口溫度過高。當除氧水泵的進口壓力低于此時水溫的飽和蒸氣壓時，水就發生汽化，進而導致泵汽蝕。

以上兩種情況發生時，吸水室內液體便發生汽化，產生許多氣泡，氣泡內充滿蒸汽和液體中析出的氣體。這些氣泡隨著液體帶到壓水室的葉輪高壓區，在高壓的作用下迅速凝結而破裂。與此同時周圍的流體質點以高速沖向原來氣泡占有的空間，質點相互撞擊而形成高頻的局部水擊，壓力可高達上千兆帕。這種水擊會對金屬表面形成持續、反復的沖擊，導致金屬表面疲勞破壞從而造成葉輪機械剝蝕。另外，在氣泡破裂所釋放的凝結潛熱的助長下，原氣泡內的活潑氣體又會對金屬產生化學腐蝕作用，加劇了材料的破壞。金屬表面在機械剝蝕和化學腐蝕的長期聯合作用下，會出現蜂窩狀破壞[1]，如圖 2 所示。

圖2 除氧水泵葉輪汽蝕損害情況

另外，因汽蝕產生的局部水擊會產生許多不同頻率范圍的噪聲，如果水擊的頻率和機組的的固有頻率接近將會引起機組振動。機組的振動又會促使更多氣泡的產生和破滅。這種相互激勵，最后可能導致機組的強烈振動，稱之為汽蝕共振。如果機泵發生汽蝕共振必須緊急停止水泵運行，給氣化裝置安全穩定長周期運行帶來很大影響。

4 改造措施

如何延長除氧水泵 P1407的運行周期，是陜西咸陽化學工業有限公司一直在摸索和攻關的技術難點。而防止 P1407泵汽蝕才是延長除氧水泵運行周期的關鍵，因此，公司結合實際情況從以下幾個方面入手進行改造。

1）在進除氧器 V1411低壓閃蒸汽管線上引一條2寸的低壓氮氣管線，一方面維持 V1411的壓力，另一方面降低 P1407進口溫度。

為了維持 V1411的壓力和降低 P1407進口溫度，如圖3所示，在入除氧器 V1411低壓閃蒸汽管線上引一條2寸的低壓氮氣管線，并設有手閥控制。在系統閃蒸汽過小時或裝置開停過程中進行調節，確保 V1411壓力維持在300～350kPa，防止除氧水泵的進口壓力過低造成泵汽蝕。

2）在4臺除氧水泵 P1407的進口均增設一條2寸的灰水管線，增加泵的進口流量，防止泵因進口流量不足或水溫過高而造成泵汽蝕。

為了保持足夠的進口流量，在4臺除氧水泵 P1407的進口均增設一條 2 寸的灰水管線，流量在 60m3/h 左右，這樣大大緩解了泵的進口流量不足的問題。與此同時，灰水的溫度只有66℃左右，因此也能起到降低泵進口水溫的作用，進而避免了泵的進口水溫過高造成泵汽蝕的現象。

3）將4臺除氧水泵 P1407的進口由18寸管線的中部改至18寸管線的下部，防止18寸管線積渣。

在每次計劃大檢修和短停檢修時發現，18寸管線積渣非常嚴重，最嚴重時整個管徑通道只剩下1/3，嚴重制約了泵的進口流量，給除氧水泵的長周期運行埋下了很大的隱患。根據流體力學原理，管道內壁處的流速最低，最易結垢，從主管側面引出的管道，易導致主管積渣；而從主管底部（正下方）引出的管道，因重力作用，會使流動狀態發生改變，可有效緩解管道內的積渣或結垢情況。為了解決管道積渣問題，將4臺除氧水泵 P1407的進口由18寸管線的中部改至18寸管線的下部，這樣灰水中帶來的灰渣可以隨水流流走，避免了灰渣的沉積，同時也避免了因除氧水泵的進口管線阻力增加而造成泵汽蝕的現象。

4）在18寸管線上增加一臺閥門，防止兩臺泵運行時出現搶水現象。

由于出口流量計顯示偏差問題，同時每臺泵的打量情況也不一樣，為了防止兩臺運行泵出現搶水現象，工藝技術人員根據實際情況，如圖3所示在18寸管線上增設了一臺閥門，避免兩臺泵發生搶水現象。與此同時，工藝技術人員還要求班組人員在啟動除氧水泵時應啟動閥門兩側的泵，不能同時啟動閥門同側的兩臺泵。

5）在工藝操作方面，細化工藝操作，確保工藝指標在正常范圍內。

在高壓閃蒸器液位調節閥出現故障或管道堵塞時，攜帶大量黑渣的黑水就會從氣路管道進入到高閃氣液分離器中，伴隨著高閃冷凝液進一步進入到除氧器V1411中（如圖3所示），使得除氧器水質變差，黑渣聚集在 P1407進口管道，導致有效管徑減小。因此工藝技術人員要求中控人員在操作時要嚴格遵守工藝指標，一旦發生異常時及時進行處理，防止事情進一步惡化造成嚴重的后果。另外，工藝技術人員還要求每周四當班人員對除氧水泵的進口過濾網進行清洗，在清洗時一定確保進口過濾網清洗干凈，對結垢嚴重的過濾網進行更換，確保除氧水泵的進口管線暢通，進而避免因進口管道不暢造成進口水量不足最終導致泵汽蝕的現象。

圖3 改造后除氧水泵P1407運行流程簡圖

5 結束語

通過以上五項措施的改造，在運行中取得了良好的效果，泵的驅動端、非驅動端振動值偏高，以及溫度偏高的現象得到有效的解決。目前改造后的每臺泵的運行周期都在5個月左右，這也標志著此次技術改造工作的圓滿完成，同時也為氣化裝置的安穩長滿優運行奠定了堅實的基礎。

[1] 蔣先廣，張傳鋒.德士古氣化裝置灰水循環泵故障原因和解決辦法[J].大氮肥，2014，（3）：184-186.

Technical Transformation of Deoxidizing Water Pump in Coal Gasification Device

Liu Ke-cun

This paper described the problem of short operational cycle for deoxygenated water pump in process of manufacturing methanol with capacity of 600，000t/a in Shaanxi Xianyang Chemical Industry Co.Ltd，which was prolonged through technical transformation，then provide technical support for safe operation of coal gasification device.

coal gasification；deoxygenated water pump；technical transformation

TQ546.5

A

1003-6490（2017）06-0022-02

2017-05-05

劉克存（1986—），男，山東臨沂人，助理工程師，主要研究方向為化工工藝研究。