GEHO活塞隔膜泵在多噴嘴水煤漿氣化裝置的應用

栗 銘

(恒力石化(大連)煉化有限公司， 遼寧大連 116300)

恒力石化(大連)煉化有限公司(簡稱恒力煉化)煤制氫氣化車間采用由華東理工大學及兗礦國拓工程科技有限公司共同研發的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，共配置6臺氣化爐，采用5開1備的運行模式，單臺氣化爐設計投煤質量流量為3 000 t/d，操作壓力為6.5 MPa，自2019年2月15日首套氣化爐投料至今，已實現5臺氣化爐同時滿負荷運行。

由于石油化工生產連續性較強，關鍵設備的長周期運行決定了整套裝置運行的穩定性，高壓煤漿泵作為氣化爐進料的關鍵設備，其運行的穩定直接決定了氣化爐的運行周期。荷蘭GEHO ZPM系列雙缸雙作用活塞隔膜泵已在多個多噴嘴水煤漿氣化裝置中應用，運行較穩定。恒力煉化選用GEHO ZPM900雙缸雙作用活塞隔膜泵(簡稱GEHO活塞隔膜泵)作為氣化爐進料的高壓煤漿泵，輸送質量分數為60%～62%煤漿，通過1 a多的運行跟蹤，使用效果較好。

1 GEHO活塞隔膜泵介紹

恒力煉化選用的GEHO活塞隔膜泵(見圖1)共4個缸，每個活塞通過推進液驅動隔膜，再抽吸煤漿；曲軸每轉1圈，2個雙作用活塞共進行4次吸料沖程和4次排料沖程；每側的2個缸供應1個燒嘴的煤漿量，泵的總流量是4個隔膜室的總流量；2個活塞間的曲軸夾角為90°。GEHO活塞隔膜泵設計最大體積流量為120 m3/h，額定出口壓力為9.6 MPa，最大排量時的沖次為每分鐘56次，最大排量時的泵軸功率為341 kW，正常排放體積流量為78～90 m3/h；泵的進口和出口每側設置脈動緩沖罐，用于緩沖管線內煤漿脈動，降低煤漿流量波動，入口緩沖罐容積為75 L，出口緩沖罐容積為150 L。

圖1 GEHO活塞隔膜泵外形圖

整套GEHO活塞隔膜泵主要由可編程邏輯控制器(PLC)控制系統、變頻器、主電機、主減速機、動力端設備、液力端設備等組成。PLC觸摸屏可監控泵的運行參數、泵的報警信號和故障信號，控制泵的啟停、手動注入排出推進液，可通過就地和遠程轉換，在現場或由集散控制系統(DCS)調節轉速；動力端主要由大齒輪、曲軸、連桿、十字頭等部件組成[1]，通過大齒輪帶動曲軸轉動從而帶動活塞做往復運行，大齒輪及十字頭通過潤滑油泵噴油潤滑；液力端主要由推進液系統、活塞裝置等組成，推進液系統由儀表二位三通閥、電磁閥、推進液泵及推進液油箱組成，通過監測隔膜的位置變化，控制二位三通閥的開關以控制隔膜室的補油和排油。

2 GEHO活塞隔膜泵主要聯鎖

為了保護泵的穩定運行，降低運行中出現的故障對泵的機械部件損壞，泵自身通過PLC設置運行邏輯及保護聯鎖。

聯鎖控制邏輯為：

(1) 潤滑油泵(M2)電機停，煤漿泵聯鎖停。

(2) 潤滑油泵出口流量(FISLL2)低報警，低低煤漿泵聯鎖停。

(3) 煤漿泵出口壓力(PIT3A/B)高(>10 080 kPa)報警，高高(>10 560 kPa)煤漿泵聯鎖停。

(4) 推進液泵(M6)出口壓力(PIT6)低于800 kPa報警，低于900 kPa泵啟動，高于1 400 kPa泵停止。

(5) 隔膜檢測位置低于6.3 mm，隔膜室補油；隔膜檢測位置高于150.3 mm，隔膜室排油。

3 存在的問題及解決方法

3.1 潤滑油流量低

2019年2月15日6#氣化爐投料后，整個氣化系統運行較穩定，2月20日00:06：00，6#氣化爐高壓煤漿泵P603A因潤滑油泵出口流量低低，聯鎖跳車，氣化爐AB燒嘴聯鎖跳車，氣化爐減量運行。高壓煤漿泵潤滑油出口流量計共10個燈，編號從0到9，7號燈亮時，流量低報警，5號燈亮時，流量低低報警，煤漿給料泵聯鎖停車。停車后現場查看PLC控制屏報警清單，顯示為潤滑油流量低低報警；現場將潤滑油泵重新啟動，流量計亮燈只有3個，仍低于聯鎖值；潤滑油油箱油位正常，檢查后發現潤滑油泵入口壓力表微負壓，判斷為抽吸濾網堵塞，將潤滑油泵入口管線拆除后，對入口濾網進行清理[2]，恢復后潤滑油流量正常。GEHO活塞隔膜泵潤滑油系統見圖2。

圖2 GEHO活塞隔膜泵潤滑油系統

針對潤滑油抽吸濾網堵塞的問題，在高壓煤漿泵試車結束后，應保持潤滑油泵持續運行一段時間，對油路進行置換沖洗，在開車前應對試車時使用的濾網進行拆除更換，保證正常運行時流量穩定；同時，在開車前應該檢查閥門的位置正確[3]，檢查油箱內油位正常，對油管路進行試壓，保證油管路無泄漏。

3.2 出口緩沖氣囊泄漏

在高壓煤漿泵的調試期間，按照廠家的建議將高壓煤漿泵出口脈動緩沖罐(見圖3)的壓力預充至工作壓力的50%，高壓煤漿泵正常運行時出口壓力在7 500 kPa，實際預充壓力在3 500～3 800 kPa。在高壓煤漿泵運行期間，當高壓煤漿泵的負荷較高時，高壓煤漿泵的隔膜室頂部推進液安全閥前單向閥動作幅度較大，經常與閥座發生撞擊，現場撞擊聲較大；在停車檢修期間，對出口脈動緩沖罐進行拆檢，發現氣囊周圍及底部容易堆積煤漿；在氣化爐帶壓聯投時，高壓煤漿泵的出口需要用煤漿循環憋壓閥憋至一定壓力，在升壓的過程中，由于氣囊預充壓力較低，一部分煤漿容易擠進氣囊與罐體的間隙內，造成氣囊的實際工作容積變小，在氣化爐正常運行壓力下，由于氣囊被煤漿墊住，與煤漿接觸的部位在長時間的作用下易發生疲勞，產生裂紋或破裂[4]。

圖3 出口脈動緩沖罐

在氣化爐運行壓力穩定的情況下，將出口脈動緩沖罐的氣囊壓力預充至工作壓力的65%～75%，即4 900～5 650 kPa，運行期間煤漿流量較穩定，隔膜室頂部推進液安全閥前單向閥動作幅度較小，現場無撞擊聲，氣囊周圍無堆積的煤漿，氣囊無破裂。

3.3 推進液系統故障

推進液系統是整個泵的重壓系統，需要加注干凈的推進液及潔凈的工作環境，才能正常運轉。泵轉動時，通過曲軸帶動活塞做往復運動，隔膜與活塞之間加注推進液，隔膜上安裝檢測桿，通過隔膜帶動檢測桿做往復運動，檢查隔膜的移動位置，從而控制PLC對隔膜室進行不排油的動作[5]。隔膜位置檢測低于6.3 mm，隔膜室補油，隔膜檢測位置高于150.3 mm，隔膜室排油，當補油或排油連續超過3 min時，會觸發補油或排油故障，從而造成停車。

2019年7月，高壓煤漿泵P403A推進液電磁閥后接頭漏油，造成推進液壓力低，此時1#隔膜室達到補油周期，推進液補油閥(見圖4)打開后，無法將隔膜室補油至正常，推進液持續補油時間超過3 min，造成高壓煤漿泵跳車。

圖4 推進液補油閥

2019年8月高壓煤漿泵P303A因1#隔膜推進液故障，聯鎖停車。通過檢查歷史運行數據趨勢，發現1#隔膜持續補油，補油閥連續動作，但推進液泵未啟動，推進液壓力未降低，通過推斷判斷為補油閥堵塞，推進液未補到油箱內。通過拆檢補油閥發現補油閥部件上有加工的鐵屑，堵住補油孔(見圖5)，造成推進液未補入系統，最終造成聯鎖停車。

圖5 推進液補油閥部件

推進液系統作為整個高壓煤漿泵的核心，在檢修期間應該認真檢查油路，清理過濾網及補排油閥門[6]，對管路的接頭進行檢查緊固，避免在運行中出現故障造成停車，影響泵的在線率。

4 結語

高壓煤漿泵作為多噴嘴水煤漿氣化裝置的重要設備，其運行在線率決定了氣化爐的運行周期。在日常高壓煤漿泵的檢修及維護上，必須不斷總結經驗，提高其運行周期。通過1 年多的運行總結，目前GEHO活塞隔膜泵在多噴嘴水煤漿氣化裝置中運行比較穩定，常見的故障通過精心的檢修維護基本消除，保證了氣化爐的長周期穩定運行。