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煤浆流量计示数波动原因分析

发布时间:2019-04-16 09:56:52 浏览:

宁波中金石化有限公司 (简称宁波中金) 气化装置采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺, 气化炉操作压力1.5 MPa, 投煤 (焦) 量850 t/d (掺烧石油焦) 。生产中, 煤浆通过煤浆泵加压后输送到工艺烧嘴, 继而喷入气化炉内进行气化反应。煤浆泵采用的是艾默里奇的双缸双作用煤浆泵 (往复式隔膜泵) , 在其出口管线上设置有缓冲罐 (用于缓冲脉冲能量, 安装在煤浆泵两缸出口之间) , 以减小煤浆流量的波动。宁波中金气化装置使用了较多的流量测量装置, 其中电磁流量计应用较为广泛, 煤浆泵出口管线上就设有3块电磁流量计, 3块电磁流量计三选二低低值进入气化炉安全逻辑控制系统中, 可触发气化炉安全停车。

宁波中金气化装置运行一段时间后, 系统提负荷时煤浆流量计示数呈周期性波动, 系统降至原负荷后煤浆流量计示数波动现象仍不能消除, 可能触发气化炉停车, 严重危及气化炉的安全、稳定运行。通常多喷嘴气化装置中煤浆流量计示数出现波动时大都从煤浆流量计自身方面查找原因, 一般通过调整煤浆流量计的阻尼时间以及断电冲洗煤浆流量计 (随着运行时间的延长, 电磁流量计会吸附一些含铁的杂质等) , 波动现象即可消除, 但宁波中金采用调整煤浆流量计阻尼时间一法收效甚微。

1 煤浆流量计示数波动的可能原因分析

1.1 煤浆泵自身可能存在的问题

(1) 当煤浆泵 (往复式隔膜泵) 排出管路的阻力不是太大时, 其容积损失主要由阀门动作的滞后性所致。进口压力、介质粘度、球阀开度以及管道内介质流速对球阀滞后性都有影响。例如:若管线内有气体, 由于气体的可压缩性, 会导致球阀动作滞后且开启角度增大;单向阀在开启后不能回复到原有位置, 会导致其出口管线内的煤浆流量过多地倒流入将要吸入煤浆的缸体;另外, 球阀运行周期过长时, 由于磨损严重、阀芯质量下降, 会导致球阀滞后角增大, 单向阀无法运行到指定位置, 导致煤浆倒流, 进而影响煤浆泵出口流量, 使其呈现周期性波动。采用弹簧式球阀 (煤浆泵的单向阀分为2种:一种为弹簧式球阀, 一种为球阀。此处所谓的2种球阀, 实际上为配套不同厂家的煤浆泵, 一般菲鲁瓦隔膜煤浆泵采用球阀, GEHO隔膜煤浆泵采用弹簧式球阀) , 可改善球阀动作滞后的问题。

(2) 由于某种原因导致煤浆泵某缸打量下降而引起煤浆流量计示数波动。首先, 驱动液内有空气时, 煤浆泵打量会下降;其次, 煤浆泵运行一段时间后, 某种原因导致煤浆进口管通径缩小, 吸入量不足, 煤浆泵打量也会下降。例如, 常见的由于煤浆的稳定性差, 煤浆泵入口缓冲罐内煤浆极易沉淀, 当这些沉淀物脱落时, 极易在单向阀处或者管道变径处卡住, 在煤浆吸入行程时硬块靠近变径处, 在排出行程时硬块远离变径处, 周而复始, 使煤浆吸入量不足, 进而导致煤浆泵出口流量出现周期性波动。

1.2 缓冲罐方面的原因

往复式隔膜泵由于其活塞固有的运动规律会引起流量脉动, 导致吸入、排出压力的波动, 对泵及管路系统有一定的危害。为减小排出管线中流量脉动和压力波动, 通常都会在泵出口安装缓冲罐 (含蓄能器) , 若缓冲罐的设计及运行方面存在一些问题, 也会导致煤浆流量波动。具体情况主要有以下几种。

(1) 缓冲罐缓冲空间不足, 不能有效缓冲煤浆的脉冲能量。宁波中金煤浆泵出口缓冲罐设计方面存在一些问题, 导致系统在运行一段时间后调整煤浆泵转速的过程中煤浆流量出现波动。改变 (降低) 隔膜泵冲次不能有效抑制流量脉动, 甚至可能增大流量脉动。

(2) 缓冲罐压力低而致缓冲罐缓冲效果下降。空气室的主要功能是衰减空气室以后管路中液体的脉动, 从而减小压力波动。缓冲罐后管路中的流量脉动程度与隔膜泵和空气室结构及物理参数有关。增大空气室预充压力可使流量脉动减轻, 但空气室预充压力值受空气室中薄膜寿命及其承受能力的限制, 不能取值过大, 过高的充气压力反而会加剧流量脉动。实践表明, 当充气压力略低于平均工作压力时, 脉动抑制效果较佳。一般推荐缓冲罐预充压力为泵出口压力的60%~80%, 工业生产中大部分缓冲罐预充压力约为煤浆泵出口压力的80%, 各缓冲罐有一些差别。在煤浆泵出口压力出现大幅波动时, 调整缓冲罐压力也就成为了一种主要手段。

(3) 缓冲罐的参数对脉动衰减率的影响也较大。空气包入口径管长度越长, 缓冲效果越差;入口径管直径越大, 缓冲效果越差。而这2个参数也是极易被忽略的。此外, 蓄能器在煤浆泵出口管路中位置的改变可以减缓脉动, 安装蓄能器后泵出口至蓄能器之间管路流量脉动率会增加, 故蓄能器应尽量安装在靠近泵出口位置。

2 煤浆流量计示数波动原因排查

(1) 查看煤浆流量计示数波动期间气化炉炉温及粗煤气成分, 发现示数波动前后气化炉炉温及粗煤气成分并没有出现周期性波动, 由此基本上可判断不是入炉实际煤浆流量出现了波动, 这也可间接排除煤浆泵隔膜破裂的可能。

(2) 在煤浆流量计示数波动期间, 调整煤浆泵的转速, 煤浆流量计示数波动并没有出现明显好转;煤浆泵恢复至波动前的转速时, 煤浆流量计示数的周期性波动现象也没有出现明显好转。同时, 还对煤浆槽液位以及煤浆泵运行冲次进行查看, 发现并没有规律可循。

(3) 气化装置运行期间, 现场查看煤浆泵出口缓冲罐压力, 并没有下降, 且缓冲罐压力并没有出现大幅波动。据了解, 新能凤凰 (滕州) 能源有限公司 (简称新能凤凰) 6.5 MPa多喷嘴气化装置运行过程中曾出现过煤浆泵出口缓冲罐压力下降的情况, 且压力波动幅度较大, 但并没有出现流量计示数周期性波动的现象。宁波中金对煤浆泵出口缓冲罐压力进行在线调整, 由于煤浆流量参与气化装置安全联锁, 为确保安全将煤浆流量计联锁解除, 但调整期间煤浆流量计示数出现了更大幅度的波动。由此可推断, 煤浆流量计示数大幅度波动的主要原因在于缓冲罐压力的波动。调阅运行参数发现, 煤浆流量计示数波动多发生在气化炉操作压力在1.20~1.35 MPa的区间, 由此推断, 气化炉操作压力在某一区间时, 由于煤浆泵出口缓冲罐压力不合适, 从而引起了煤浆流量计示数出现波动;而且气化炉运行压力波动区间狭窄, 只有0.15 MPa, 由此对缓冲罐的预充压力有了更高的要求。

(4) 通过将宁波中金煤浆泵出口缓冲罐的结构形式及安装位置与新能凤凰进行比较发现, 宁波中金煤浆泵出口缓冲罐空气包入口径管 (指缓冲罐空气包与煤浆泵出口连接处的圆形管道, 简称缓冲罐径管) 过短, 且安装位置与新能凤凰有较大的差别, 新能凤凰煤浆泵出口缓冲罐均安装在煤浆泵出口总管上, 而宁波中金缓冲罐安装在煤浆泵两缸出口之间。可见, 由于宁波中金煤浆泵出口缓冲罐径管太短 (几乎没有) 而直径过大, 导致缓冲罐缓冲效果不佳;同时, 由于缓冲罐的安装位置处于煤浆泵两缸出口之间, 导致靠近出口总管的那一缸的缓冲效果下降。简言之, 缓冲罐结构形式及安装位置不适宜导致缓冲罐缓冲效果下降, 也就成为了引起煤浆流量计示数出现波动的原因之一。

3调整措施

查阅煤浆泵充压记录发现, 煤浆流量计示数波动时氮气缓冲罐充压为1.2 MPa、气化炉压力为1.2 MPa、煤浆泵出口压力为2.0 MPa, 即煤浆流量计示数波动时缓冲罐压力仅为泵出口压力的60%。而据经验公式, 缓冲罐的预充压力应为煤浆泵出口压力的80%, 即当气化炉操作压力在1.2 MPa、煤浆泵出口压力为2.0 MPa时, 缓冲罐的压力应为1.6 MPa。于是, 将缓冲罐预充压力调整至1.6 MPa, 并利用煤浆实物标定煤浆泵[一般在气化装置原始投料或者原料煤种更换后, 为保证其安全运行, 均会对煤浆泵进行实物 (煤浆) 标定]。调整后, 在气化炉操作压力为1.2~1.3 MPa时, 煤浆流量计示数不再波动, 且在煤浆泵出口压力达到2.0 MPa时, 煤浆泵出口煤浆管线50 m处远传压力指示为1.6MPa, 与缓冲罐预充压力一致。

4结论

(1) 煤浆流量波动时, 改变 (降低) 隔膜煤浆泵冲次, 不能对流量脉动起到抑制作用, 甚至可能增大流量脉动。

(2) 宁波中金双缸共用1台缓冲罐的往复式隔膜煤浆泵不可在线进行缓冲罐压力调整操作 (新能凤凰煤浆泵出口缓冲罐之压力可以进行在线调整) , 现已作调整。

(3) 当煤浆泵出口缓冲罐压力与气化炉压力接近时, 缓冲罐的缓冲效果将大幅下降。

(4) 煤浆泵出口缓冲罐的预充压力为泵出口压力的80%, 或与距泵出口50 m处煤浆管线压力相同时, 可确保煤浆流量计示数不波动