王子修

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司， 河南鶴壁 458000)

河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)鶴壁煤化工)原設(shè)計(jì)甲醇產(chǎn)量為1 800 t/d，通過(guò)產(chǎn)能提升改造，日產(chǎn)逐漸突破2 200 t。該企業(yè)煤氣化裝置采用殼牌煤氣化(SCGP)工藝，為干煤粉加壓氣化、氣流床氣化技術(shù)，是先進(jìn)的第二代干煤粉氣化工藝。

1 概述

鶴壁煤化工的氣化爐采用典型的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，中壓蒸汽汽包(V1304)的水經(jīng)過(guò)中壓循環(huán)水泵(P1301)強(qiáng)制循環(huán)，進(jìn)入氣化爐的膜式水冷壁及換熱器，對(duì)煤與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行換熱。換熱后的水和產(chǎn)生的蒸汽返回V1304進(jìn)行分離，蒸汽被送入合成氣冷卻器內(nèi)的中壓過(guò)熱器(E1306)中過(guò)熱，至400 ℃時(shí)送往甲醇中壓蒸汽管網(wǎng)。P1301是整個(gè)水汽系統(tǒng)的動(dòng)力源。

2 運(yùn)行情況及問(wèn)題處理

在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)泵出口流量逐漸減少、機(jī)械密封泄漏等問(wèn)題，嚴(yán)重影響P1301的性能，為裝置的穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。為了提升泵的整體性能，重新設(shè)計(jì)冷卻水換熱及用水，保證泵的冷卻水量，同時(shí)提高機(jī)封水換熱效果，使得機(jī)械密封性能得到改善。經(jīng)過(guò)控制水質(zhì)、及時(shí)清堵，以及在泵出口止回閥處設(shè)計(jì)小孔等措施，解決過(guò)濾器堵塞的問(wèn)題。

2.1 P1301運(yùn)行情況

氣化裝置有3臺(tái)中壓循環(huán)水泵，采用2開(kāi)1備的模式，泵帶有自啟聯(lián)鎖，并且泵的出口流量連接帶有大聯(lián)鎖。流量低聯(lián)鎖會(huì)導(dǎo)致備用泵自啟，如果流量過(guò)低，一旦觸發(fā)大聯(lián)鎖值就會(huì)造成氣化裝置停車(chē)。因此，P1301的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)氣化爐的安全至關(guān)重要。

P1301使用高溫高壓的鍋爐水，經(jīng)過(guò)氣化裝置加藥后，控制其pH值在10.0左右，總堿度為0.30 mmol/L，電導(dǎo)率在15 μs/cm左右，總鐵質(zhì)量濃度為0.04 mg/L，鍋爐水水質(zhì)較為干凈。正常運(yùn)行水溫為260 ℃左右，泵體出口壓力達(dá)到6.0 MPa。泵體采用機(jī)械密封形式，使用美國(guó)福斯泵公司的技術(shù)，泵型號(hào)為12HDSH214。電機(jī)采用南陽(yáng)防爆電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1 460 r/min。密封沖洗水采用自密封形式，高溫高壓的循環(huán)水經(jīng)過(guò)換熱器換熱后對(duì)泵的機(jī)封進(jìn)行潤(rùn)滑、沖洗、冷卻。備用泵處于熱備用狀態(tài)。

2.2 機(jī)械密封泄漏

P1301的介質(zhì)水溫度超過(guò)50 ℃時(shí)，水中的鈣鎂類(lèi)物質(zhì)就容易結(jié)晶生成水垢[1]。為了防止水中二氧化硅及鐵的沉積，會(huì)定期對(duì)中壓汽包進(jìn)行水質(zhì)分析，并通過(guò)排污閥門(mén)進(jìn)行排放。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，引起機(jī)械密封泄漏主要有介質(zhì)水結(jié)垢、水溫以及密封材質(zhì)、安裝質(zhì)量等因素。本裝置中，P1301機(jī)封分為驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端兩套，機(jī)封動(dòng)環(huán)為SiC材質(zhì)，機(jī)封靜環(huán)為石墨材質(zhì)。

拆解并檢查泄漏的機(jī)封后發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：動(dòng)靜環(huán)的密封面有輕微的劃痕；機(jī)封動(dòng)靜環(huán)的端面間隙不均，有偏磨、磨損不均的情況；密封腔內(nèi)有些許雜質(zhì)；長(zhǎng)時(shí)間的泄漏導(dǎo)致動(dòng)環(huán)座內(nèi)的“O”型圈有明顯碳化現(xiàn)象。結(jié)合裝置的運(yùn)行特點(diǎn)及情況，分析機(jī)封泄漏的原因有：為了節(jié)省檢修費(fèi)用，機(jī)械密封采用組裝形式，長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下使用，動(dòng)靜環(huán)密封端面出現(xiàn)劃痕、損傷；彈簧有斷裂或者彈性不同的情況，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)端面與靜環(huán)端面的密封面間隙不同；在開(kāi)車(chē)初期，整個(gè)水汽系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)較多，進(jìn)入密封腔內(nèi)后，對(duì)密封面造成損傷；機(jī)械密封部件安裝不當(dāng)，影響密封的壽命和性能[2]；密封水冷卻不均、受熱不均，機(jī)封部件膨脹量不同，導(dǎo)致設(shè)備突然啟動(dòng)，機(jī)封受損；機(jī)封密封水的換熱不好，水溫偏高；電機(jī)軸承故障，出現(xiàn)竄軸嚴(yán)重的情況，使得機(jī)封受損。

由于整個(gè)煤化工裝置改進(jìn)設(shè)備，導(dǎo)致冷卻水有所減少，再加上冷卻水管道長(zhǎng)期未及時(shí)清理結(jié)垢等原因，P1301的冷卻水體積流量由9.5 m3/h降到8.0 m3/h以下，導(dǎo)致?lián)Q熱能力不足。

2.3 處理措施及改進(jìn)

為了提高機(jī)封“O”型圈的耐高溫性，動(dòng)環(huán)“O”型圈采用了耐高溫(327 ℃)的全氟醚材質(zhì)，即使暴露在316 ℃的恒溫中或343 ℃的高溫環(huán)境中，密封也不會(huì)失效。同時(shí)，在與侵蝕性流體的直接接觸中，依然能夠保持回彈性能。

改進(jìn)密封輔助管路系統(tǒng)[3](見(jiàn)圖1)。在原設(shè)計(jì)的管路系統(tǒng)中將循環(huán)冷卻水分出一路引入機(jī)封壓蓋，對(duì)機(jī)封靜環(huán)進(jìn)行冷卻，以降低機(jī)封端面的溫度。

圖1 機(jī)封壓蓋增加一路冷卻水管線

研究整個(gè)系統(tǒng)的水源，經(jīng)過(guò)對(duì)比，系統(tǒng)的冷卻循環(huán)水壓力為0.4 MPa，系統(tǒng)的脫鹽水壓力為1.2 MPa，均在管線的設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)。針對(duì)泵的冷卻水單獨(dú)引入一路脫鹽水管線，可以與循環(huán)水進(jìn)行切換，同時(shí)脫鹽水回到工藝水罐，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)冷卻水量不足時(shí)，采用脫鹽水冷卻，以確保運(yùn)行泵的冷卻水量。

P1301采用自密封形式，冷卻水走殼程，介質(zhì)水走管程。原機(jī)封水換熱器內(nèi)件(見(jiàn)圖2)設(shè)計(jì)落后，為單層且換熱面積小，冷卻水的進(jìn)出口位置同在換熱器的端蓋上，容易造成冷卻水水流短路，引起機(jī)封水換熱器換熱能力不足，對(duì)機(jī)封的保護(hù)能力欠缺，同時(shí)遠(yuǎn)端水流緩慢，易產(chǎn)生結(jié)垢，影響換熱效果。

圖2 原機(jī)封換熱器內(nèi)件

針對(duì)這種情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)封水換熱器的結(jié)構(gòu)及管線布置，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。依據(jù)實(shí)際情況，采用效果更好的換熱器內(nèi)件，水管采用雙層設(shè)計(jì)，在兩層間增加不銹鋼擋板，使得進(jìn)出口分別位于擋板兩側(cè)，以防水流短路(見(jiàn)圖3)。此種設(shè)計(jì)可提高換熱效果和對(duì)機(jī)封的沖洗、冷卻效果。

圖3 新設(shè)計(jì)的機(jī)封換熱器內(nèi)件

針對(duì)電機(jī)的竄軸情況，要做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，及時(shí)停機(jī)，檢查竄軸原因并處理[4]，以防長(zhǎng)時(shí)間竄軸損壞機(jī)封。

3 過(guò)濾器堵塞問(wèn)題處理

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在開(kāi)車(chē)初期裝置會(huì)出現(xiàn)泵出口流量逐漸減少的情況，經(jīng)排查分析，其主要原因?yàn)檫M(jìn)口過(guò)濾器堵塞。對(duì)拆開(kāi)的過(guò)濾器進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)上有一層雜質(zhì)，經(jīng)分析化驗(yàn)后認(rèn)定其主要成分為鐵。汽包在投用前需進(jìn)行煮爐，目的是剝落管壁上的小片銹皮，形成氧化物保護(hù)膜(Fe3O4)，從而保護(hù)管壁，防止老化腐蝕。此時(shí)水中雜質(zhì)含鐵多，就需要對(duì)水質(zhì)加強(qiáng)檢測(cè)分析，如果鐵含量較高，就需要再次進(jìn)行煮爐。如對(duì)水質(zhì)的控制不夠嚴(yán)格，pH值偏低，以及在水溫較低的情況下，會(huì)導(dǎo)致鐵沉積，堵塞過(guò)濾器。

在泵的出口止回閥上開(kāi)1個(gè)DN10的小孔(止回閥尺寸DN600)，讓出口總管內(nèi)的高壓水經(jīng)過(guò)小孔反沖洗，可減少進(jìn)口過(guò)濾器雜質(zhì)的集聚，同時(shí)也對(duì)備用泵起到熱備用的效果。

4 設(shè)備日常維護(hù)

P1301始終處于2開(kāi)1備狀態(tài)，為了保障其可靠性和良好的使用性，必須加強(qiáng)日常維護(hù)。

加強(qiáng)對(duì)兩側(cè)軸承箱油杯油位及油質(zhì)的檢查，發(fā)現(xiàn)缺油要及時(shí)補(bǔ)充。發(fā)生異常的油損耗及油質(zhì)變化時(shí)，要及時(shí)倒泵，停機(jī)檢查問(wèn)題泵，確定原因并更換潤(rùn)滑油。加強(qiáng)運(yùn)行泵的平穩(wěn)性及震動(dòng)情況的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停機(jī)處理。定期對(duì)備用泵進(jìn)行盤(pán)車(chē)，并定期啟動(dòng)，確保其能隨時(shí)投入使用。

5 改造效果

通過(guò)一系列性能提升改進(jìn)及優(yōu)化措施，冷卻水體積流量由7.8 m3/h提高到了9.0 m3/h以上。機(jī)封水經(jīng)換熱器換熱后，其溫度由46 ℃左右降低到37 ℃左右，換熱效果明顯。機(jī)封的使用情況明顯好轉(zhuǎn)，特別是經(jīng)歷開(kāi)停車(chē)及倒泵后，目前未出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏，泵流量減少及進(jìn)口濾網(wǎng)堵的情況明顯減少，達(dá)到了預(yù)期效果，大大提高了設(shè)備備機(jī)穩(wěn)定性，提升了P1301的性能，同時(shí)也減少了設(shè)備的檢維修費(fèi)用。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合多次機(jī)封泄漏及泵出口流量減少處理經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)機(jī)封本體配件、機(jī)封水換熱器以及冷卻水源進(jìn)行改造，使得P1301的機(jī)封性能得到了較大提升。通過(guò)對(duì)泵出口止回閥增加小孔，實(shí)現(xiàn)了防堵及熱備用的目的，為裝置的安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行打下基礎(chǔ)。