王欽華，張曉強(qiáng)

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 商丘 453800)

1 渣池水循環(huán)泵簡(jiǎn)介

渣池水循環(huán)泵是煤化工行業(yè)中煤制氣裝備中的重要設(shè)備，其作用是從渣收集器V1402來(lái)的沖渣水由渣池水循環(huán)泵P1401A/B加壓，經(jīng)水力旋流器S1403A/B除出顆粒物，然后經(jīng)渣池水冷卻器E1401A/B管程冷卻至設(shè)定溫度后進(jìn)入氣化爐渣池激冷環(huán)激冷落渣，并維持渣池液位穩(wěn)定，如此往復(fù)循環(huán)。該泵為臥式單機(jī)單葉輪離心泵，其主要參數(shù)如下：渣池水循環(huán)泵型號(hào)P1401A/B，額定流量315 m3/h，揚(yáng)程74 m，轉(zhuǎn)速2 960 r/min，配用功率110 kW，進(jìn)口壓力4.28 MPa，出口壓力4.996 MPa，相對(duì)密度0.985，介質(zhì)為渣水，含固量≤6%。單臺(tái)氣化爐裝置配備2臺(tái)渣池水循環(huán)泵，正常運(yùn)行為1開(kāi)1備，該泵出口管線設(shè)計(jì)有出口球閥及出口孔板，孔板為雙相鋼δ=45 mm，中間三孔均布，孔徑為Φ32 mm，當(dāng)該泵出現(xiàn)故障后，如果30 min內(nèi)無(wú)法將備機(jī)啟動(dòng)，則會(huì)造成氣化爐停車(chē)的嚴(yán)重后果，該泵簡(jiǎn)化流程圖如圖1所示。殼牌氣化爐渣水處理系統(tǒng)是將氣化爐渣口流出的液態(tài)渣進(jìn)行冷卻、?；⑴胖猎撍?，然后經(jīng)撈渣機(jī)撈出外送的過(guò)程。為此在氣化爐容器的底部安裝一個(gè)“水浴”(渣池V1401)，P1401A/B渣池水循環(huán)泵從V1402中取液，打到渣池噴淋環(huán)，位于渣池上部的噴淋環(huán)為氣化爐連續(xù)提供噴淋水，當(dāng)液態(tài)渣進(jìn)入渣池時(shí)，它將被固化并分散成顆粒，在渣到渣收集罐的途中，大的渣塊通過(guò)破渣機(jī)X1401進(jìn)行破碎，這樣可使水形成一個(gè)從上向下的循環(huán)，迫使渣向V1402排入。

圖1 渣池水循環(huán)泵簡(jiǎn)要流程圖

2 常見(jiàn)渣池水循環(huán)泵運(yùn)行問(wèn)題

渣池水循環(huán)泵P1401設(shè)計(jì)額定流量315 m3/h，但隨著氣化裝置運(yùn)行周期變長(zhǎng)及氣化爐低溫操作渣水固含量上升，導(dǎo)致泵過(guò)流部件及出口限流孔板在運(yùn)行周期內(nèi)出現(xiàn)磨損，從而使泵P1401出口流量由315 m3/h緩慢增長(zhǎng)至400 m3/h。由于流量的上漲加速了管道及泵體的磨蝕，易造成含大量有毒有害氣體的渣水泄漏，危及裝置的穩(wěn)定運(yùn)行及操作人員人身安全。由于渣池水循環(huán)泵運(yùn)行介質(zhì)對(duì)泵內(nèi)部過(guò)流部件沖刷磨損較嚴(yán)重，其中運(yùn)行過(guò)程中較為突出的問(wèn)題：①過(guò)流部件蝸殼、蝸殼襯板、葉輪及泵體襯板的磨損沖刷，其磨損沖刷后嚴(yán)重影響該泵的做功效率，出口流量大，同時(shí)電機(jī)電流變大，平均運(yùn)行2 000 h后葉輪及蝸殼襯板就需要進(jìn)行更換。②出口孔板存在同樣的問(wèn)題，需要定期進(jìn)行檢查磨損沖刷情況。③渣池水循環(huán)泵在運(yùn)行過(guò)程中振值偏高，正常運(yùn)行振值在9 mm/s左右，振值偏大造成機(jī)械密封的泄漏及軸承的故障。當(dāng)中控操作畫(huà)面發(fā)現(xiàn)渣池水循環(huán)泵運(yùn)行電流偏高或出口流量變大無(wú)法控制時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要進(jìn)行隔離倒泵，對(duì)泵進(jìn)行拆卸維修，渣池水循環(huán)泵的蝸殼襯板、葉輪及出口孔板是更換最頻繁的備件，檢修工作量大，維護(hù)成本較高。

3 渣池水循環(huán)泵常見(jiàn)問(wèn)題優(yōu)化分析

3.1 材質(zhì)優(yōu)化方案分析

泵過(guò)流部件材質(zhì)不合格，硬度偏低，耐磨損沖刷性能低，由于該泵泵殼需按照7.5 MPa、150 ℃設(shè)計(jì)，安全性是需要首先保證的，另外泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了零件的加工方式，這就限制了材料的選擇范圍。根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品及材料的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，06Cr13Ni4Mo可通過(guò)將含碳量提升至10Cr13Ni4Mo，而小幅提升硬度>HRC40；但由于泵轉(zhuǎn)速較快，對(duì)耐磨性能的要求較高，殼體壽命的提升空間有限，葉輪、襯板及口環(huán)等主要過(guò)流部件材質(zhì)現(xiàn)選用鎳哈特合金(Ni-hard)，但硬度指標(biāo)較低HRC>50，鎳哈特合金以及耐磨材料NCA-2的出廠硬度要求HRC>60，故這幾種零件壽命應(yīng)有一定的提升空間。

3.2 泵體結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

保持原有泵基本外形尺寸不變，僅針對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理處進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，同樣對(duì)其材料進(jìn)行優(yōu)化，以延長(zhǎng)泵壽命，除去均勻磨損，泵的磨損失效大部分是局部失效，結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要針對(duì)泵內(nèi)部流場(chǎng)，盡量減少過(guò)流面積的突變，減少旋渦的產(chǎn)生，因?yàn)樾枰獙?duì)零件尺寸進(jìn)行修改，該工作需從泵的整體系統(tǒng)考慮(包括整泵的精確尺寸、性能、功率余量等)。由于該方案是在原有泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，局限性比較大，并且可以提升泵壽命的空間很小，而且設(shè)計(jì)工作較繁雜，周期比較長(zhǎng)。

3.3 檢修工藝優(yōu)化分析

過(guò)流部件葉輪及蝸殼襯板裝配尺寸要求嚴(yán)格，同心度需保證在0.3 mm之內(nèi)；否則同心度偏差造成葉輪口環(huán)及蝸殼襯板的相互磨損，影響電機(jī)的額外功率；同時(shí)間隙偏大造成渣水在蝸殼內(nèi)部形成局部渦流，對(duì)蝸殼造成局部沖刷且影響泵的整體運(yùn)行工況。在更換過(guò)流部件時(shí)要嚴(yán)格保證安裝尺寸，同時(shí)保證泵轉(zhuǎn)子及葉輪的動(dòng)不平衡量，必要時(shí)需對(duì)轉(zhuǎn)子與葉輪做動(dòng)不平衡，且動(dòng)平衡符合G2.5級(jí)要求，防止動(dòng)不平衡造成的內(nèi)部磨損及泵體振動(dòng)。提高檢修質(zhì)量，能夠延長(zhǎng)渣池水循環(huán)泵的使用壽命，但提升空間有限。

3.4 工藝系統(tǒng)操作優(yōu)化分析

工藝系統(tǒng)優(yōu)化主要是降低固含量，減少渣水對(duì)泵的沖刷。應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行調(diào)整：①調(diào)整煤線速度，將4條煤線速度均調(diào)整到約8.5 m/s，防止各個(gè)燒嘴速度不一，造成氣化爐流場(chǎng)不均形成偏燒。②目前煤流量采用自動(dòng)控制，在工況發(fā)生變化時(shí)，煤線流量不會(huì)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，這個(gè)問(wèn)題需要解決，與電儀廠聯(lián)系檢查相關(guān)儀表，保證參數(shù)準(zhǔn)確性，將煤線流量投用為串級(jí)控制，確保煤流量能及時(shí)跟上調(diào)整。③保持V1205煤儲(chǔ)倉(cāng)壓力穩(wěn)定，V1205的壓力波動(dòng)對(duì)煤線的影響較大，當(dāng)V1205壓力上升時(shí)會(huì)造成煤線流量偏大，易造成固含量升高。④控制原料煤品質(zhì)。對(duì)原料煤品質(zhì)進(jìn)行控制，將灰分控制在約22%，灰熔點(diǎn)控制在約1 360 ℃，對(duì)氣化爐反應(yīng)較好。

4 改造方案實(shí)施及改造后的效益

通過(guò)與生產(chǎn)廠家交流溝通驗(yàn)證后，問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)是機(jī)泵葉輪直徑過(guò)大，導(dǎo)致流量過(guò)大，出口又受限流孔板限制。流體做功后無(wú)法完全排出，在泵殼內(nèi)有團(tuán)流現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電流高、沖刷磨損嚴(yán)重，泵振動(dòng)大。

改造方案：將葉輪直徑線切割由315 mm更改至275 mm，出口孔板孔徑有原來(lái)的Φ32 mm更改為Φ35 mm，其他數(shù)據(jù)不變。通過(guò)改造，一定程度上改善了渣池水循環(huán)泵的運(yùn)行工況，泵出口流量不變，葉輪直徑的減小減輕了電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，機(jī)泵運(yùn)行穩(wěn)定，振值明顯得到了改善，由原來(lái)的運(yùn)行振值9.0 mm/s降低至3.5 mm/s，降低了機(jī)泵的故障率。

5 結(jié)語(yǔ)

改造實(shí)施后有效降低了機(jī)泵電流，由原來(lái)的運(yùn)行電流280 A降低至190 A，以一年運(yùn)行330天計(jì)算，P1401節(jié)約費(fèi)用約21萬(wàn)元。改造后有效降低了過(guò)流部件的沖刷磨損，改造前葉輪及蝸殼襯板更換周期為4個(gè)月，改造后葉輪及蝸殼襯板更換周期能延長(zhǎng)至6個(gè)月，因此改造實(shí)施后一年能節(jié)約備件費(fèi)用約5萬(wàn)元，節(jié)約費(fèi)用總計(jì)約26萬(wàn)元。2021年9月P1401B泵改造后投入使用至今，出口流量、運(yùn)行電流及機(jī)泵振值均在要求范圍之內(nèi)且運(yùn)行比較穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)本次的改造，雖取得了一定的改善效果，但還需要進(jìn)一步系統(tǒng)優(yōu)化。