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        電磁流量計測量煤漿流量計示數波動原因分析

        來源:作者:發表時間:2019-04-23 10:07:52

         [摘 要]寧波中金石化有限公司 1. 5 MPa 多噴嘴水煤漿氣化裝置煤漿泵出口煤漿管線上設有 3 塊電磁流量計,此 3 塊電磁流量計三選二低低值 ( 流量) 進入氣化爐安全邏輯控制系統,可觸發氣化爐安全停車。氣化爐在運行一段時間后,系統提負荷時煤漿流量計示數出現周期性波動,且降負荷波動現象不會消除,業內常通過調整煤漿流量計阻尼時間等予以解決,但寧波中金采用調整煤漿流量計阻尼時間一法收效甚微。結合系統的實際狀況,從煤漿泵自身及其出口緩沖罐方面進行原因分析與排查,確認是緩沖罐預充壓力過低和緩沖罐結構形式及安裝位置不適宜 ( 導致緩沖效果不佳) 等引起了煤漿流量計示數的波動。經調整緩沖罐預充壓力為低壓煤漿泵出口壓力的 80% ( 亦即與距泵出口 50 m 處煤漿管線壓力相同) 后,煤漿流量計示數不再出現波動。

         
        寧波中金石化有限公司 ( 簡稱寧波中金)氣化裝置采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝,氣化爐操作壓力 1. 5 MPa,投煤 ( 焦) 量850 t /d ( 摻燒石油焦) 。生產中,煤漿通過煤漿泵加壓后輸送到工藝燒嘴,繼而噴入氣化爐內進行氣化反應。煤漿泵采用的是艾默里奇的雙缸雙作用煤漿泵 ( 往復式隔膜泵) ,在其出口管線上設置有緩沖罐 ( 用于緩沖脈沖能量,安裝在煤漿泵兩缸出口之間) ,以減小煤漿流量的波動。寧波中金氣化裝置使用了較多的流量測量裝置,其中電磁流量計應用較為廣泛,煤漿泵出口管線上就設有 3 塊電磁流量計,3 塊電磁流量計三選二低低值進入氣化爐安全邏輯控制系統中,可觸發氣化爐安全停車。
         
        寧波中金氣化裝置運行一段時間后,系統提負荷時煤漿流量計示數呈周期性波動,系統降至原負荷后煤漿流量計示數波動現象仍不能消除,可能觸發氣化爐停車,嚴重危及氣化爐的安全、穩定運行。通常多噴嘴氣化裝置中煤漿流量計示數出現波動時大都從煤漿流量計自身方面查找原因,一般通過調整煤漿流量計的阻尼時間以及斷電沖洗煤漿流量計 ( 隨著運行時間的延長,電磁流量計會吸附一些含鐵的雜質等) ,波動現象即可消除,但寧波中金采用調整煤漿流量計阻尼時間一法收效甚微。
         
        1 煤漿流量計示數波動的可能原因分析
        1. 1 煤漿泵自身可能存在的問題
        ( 1) 當煤漿泵 ( 往復式隔膜泵) 排出管路的阻力不是太大時,其容積損失主要由閥門動作的滯后性所致。進口壓力、介質粘度、球閥開度以及管道內介質流速對球閥滯后性都有影響。例如: 若管線內有氣體,由于氣體的可壓縮性,會導致球閥動作滯后且開啟角度增大; 單向閥在開啟后不能回復到原有位置,會導致其出口管線內的煤漿流量過多地倒流入將要吸入煤漿的缸體;另外,球閥運行周期過長時,由于磨損嚴重、閥芯質量下降,會導致球閥滯后角增大,單向閥無法運行到指定位置,導致煤漿倒流,進而影響煤漿泵出口流量,使其呈現周期性波動。采用彈簧式球閥 ( 煤漿泵的單向閥分為 2 種: 一種為彈簧式球閥,一種為球閥。此處所謂的 2 種球閥,實際上為配套不同廠家的煤漿泵,一般菲魯瓦隔膜煤漿泵采用球閥,GEHO 隔膜煤漿泵采用彈簧式球閥) ,可改善球閥動作滯后的問題。
         
        ( 2) 由于某種原因導致煤漿泵某缸打量下降而引起煤漿流量計示數波動。首先,驅動液內有空氣時,煤漿泵打量會下降; 其次,煤漿泵運行一段時間后,某種原因導致煤漿進口管通徑縮小,吸入量不足,煤漿泵打量也會下降。例如,常見的由于煤漿的穩定性差,煤漿泵入口緩沖罐內煤漿極易沉淀,當這些沉淀物脫落時,極易在單向閥處或者管道變徑處卡住,在煤漿吸入行程時硬塊靠近變徑處,在排出行程時硬塊遠離變徑處,周而復始,使煤漿吸入量不足,進而導致煤漿泵出口流量出現周期性波動。
         
        1. 2 緩沖罐方面的原因
        往復式隔膜泵由于其活塞固有的運動規律會引起流量脈動,導致吸入、排出壓力的波動,對泵及管路系統有一定的危害。為減小排出管線中流量脈動和壓力波動,通常都會在泵出口安裝緩沖罐 ( 含蓄能器) ,若緩沖罐的設計及運行方面存在一些問題,也會導致煤漿流量波動。具體情況主要有以下幾種。
         
        ( 1) 緩沖罐緩沖空間不足,不能有效緩沖煤漿的脈沖能量。寧波中金煤漿泵出口緩沖罐設計方面存在一些問題,導致系統在運行一段時間后調整煤漿泵轉速的過程中煤漿流量出現波動。改變 ( 降低) 隔膜泵沖次不能有效抑制流量脈動,甚至可能增大流量脈動。
         
        ( 2) 緩沖罐壓力低而致緩沖罐緩沖效果下降??諝馐业闹饕δ苁撬p空氣室以后管路中液體的脈動,從而減小壓力波動。緩沖罐后管路中的流量脈動程度與隔膜泵和空氣室結構及物理參數有關。增大空氣室預充壓力可使流量脈動減輕,但空氣室預充壓力值受空氣室中薄膜壽命及其承受能力的限制,不能取值過大,過高的充氣壓力反而會加劇流量脈動。實踐表明,當充氣壓力略低于平均工作壓力時,脈動抑制效果較佳。一般推薦緩沖罐預充壓力為泵出口壓力的 60%~ 80% ,工業生產中大部分緩沖罐預充壓力約為煤漿泵出口壓力的 80% ,各緩沖罐有一些差別。在煤漿泵出口壓力出現大幅波動時,調整緩沖罐壓力也就成為了一種主要手段。
         
        ( 3) 緩沖罐的參數對脈動衰減率的影響也較大??諝獍肟趶焦荛L度越長,緩沖效果越差; 入口徑管直徑越大,緩沖效果越差。而這 2個參數也是極易被忽略的。此外,蓄能器在煤漿泵出口管路中位置的改變可以減緩脈動,安裝蓄能器后泵出口至蓄能器之間管路流量脈動率會增加,故蓄能器應盡量安裝在靠近泵出口位置。
         
        2 煤漿流量計示數波動原因排查
        ( 1) 查看煤漿流量計示數波動期間氣化爐爐溫及粗煤氣成分,發現示數波動前后氣化爐爐溫及粗煤氣成分并沒有出現周期性波動,由此基本上可判斷不是入爐實際煤漿流量出現了波動,這也可間接排除煤漿泵隔膜破裂的可能。
         
        ( 2) 在煤漿流量計示數波動期間,調整煤漿泵的轉速,煤漿流量計示數波動并沒有出現明顯好轉; 煤漿泵恢復至波動前的轉速時,煤漿流量計示數的周期性波動現象也沒有出現明顯好轉。同時,還對煤漿槽液位以及煤漿泵運行沖次進行查看,發現并沒有規律可循。
         
        ( 3) 氣化裝置運行期間,現場查看煤漿泵出口緩沖罐壓力,并沒有下降,且緩沖罐壓力并沒有出現大幅波動。據了解,新能鳳凰 ( 滕州)能源有限公司 ( 簡稱新能鳳凰) 6. 5 MPa 多噴嘴氣化裝置運行過程中曾出現過煤漿泵出口緩沖罐壓力下降的情況,且壓力波動幅度較大,但并沒有出現流量計示數周期性波動的現象。寧波中金對煤漿泵出口緩沖罐壓力進行在線調整,由于煤漿流量參與氣化裝置安全聯鎖,為確保安全將煤漿流量計聯鎖解除,但調整期間煤漿流量計示數出現了更大幅度的波動。由此可推斷,煤漿流量計示數大幅度波動的主要原因在于緩沖罐壓力的波動。調閱運行參數發現,煤漿流量計示數波動多發生在氣化爐操作壓力在 1. 20 ~ 1. 35 MPa 的區間,由此推斷,氣化爐操作壓力在某一區間時,由于煤漿泵出口緩沖罐壓力不合適,從而引起了煤漿流量計示數出現波動; 而且氣化爐運行壓力波動區間狹窄,只有 0. 15 MPa,由此對緩沖罐的預充壓力有了更高的要求。
         
        ( 4) 通過將寧波中金煤漿泵出口緩沖罐的結構形式及安裝位置與新能鳳凰進行比較發現,寧波中金煤漿泵出口緩沖罐空氣包入口徑管( 指緩沖罐空氣包與煤漿泵出口連接處的圓形管道,簡稱緩沖罐徑管) 過短,且安裝位置與新能鳳凰有較大的差別,新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐均安裝在煤漿泵出口總管上,而寧波中金緩沖罐安裝在煤漿泵兩缸出口之間??梢?,由于寧波中金煤漿泵出口緩沖罐徑管太短 ( 幾乎沒有)而直徑過大,導致緩沖罐緩沖效果不佳; 同時,由于緩沖罐的安裝位置處于煤漿泵兩缸出口之間,導致靠近出口總管的那一缸的緩沖效果下降。簡言之,緩沖罐結構形式及安裝位置不適宜導致緩沖罐緩沖效果下降,也就成為了引起煤漿流量計示數出現波動的原因之一。
         
        3 調整措施
        查閱煤漿泵充壓記錄發現,煤漿流量計示數波動時氮氣緩沖罐充壓為 1. 2 MPa、氣化爐壓力為 1. 2 MPa、煤漿泵出口壓力為 2. 0 MPa,即煤漿流量計示數波動時緩沖罐壓力僅為泵出口壓力的 60% 。而據經驗公式,緩沖罐的預充壓力應為煤漿泵出口壓力的 80% ,即當氣化爐操作壓力在 1. 2 MPa、煤漿泵出口壓力為 2. 0 MPa 時,緩沖罐的壓力應為 1. 6 MPa。于是,將緩沖罐預充壓力調整至 1. 6 MPa,并利用煤漿實物標定煤漿泵 [一般在氣化裝置原始投料或者原料煤種更換后,為保證其安全運行,均會對煤漿泵進行實物 ( 煤漿) 標定]。調整后,在氣化爐操作壓力為 1. 2 ~ 1. 3 MPa 時,煤漿流量計示數不再波動,且在煤漿泵出口壓力達到 2. 0 MPa 時,煤漿泵出口煤漿管線 50 m 處遠傳壓力指示為 1. 6MPa,與緩沖罐預充壓力一致。
         
        4 結 論
        ( 1) 煤漿流量波動時,改變 ( 降低) 隔膜煤漿泵沖次,不能對流量脈動起到抑制作用,甚至可能增大流量脈動。
        ( 2) 寧波中金雙缸共用 1 臺緩沖罐的往復式隔膜煤漿泵不可在線進行緩沖罐壓力調整操作( 新能鳳凰煤漿泵出口緩沖罐之壓力可以進行在線調整) ,現已作調整。
        ( 3) 當煤漿泵出口緩沖罐壓力與氣化爐壓力接近時,緩沖罐的緩沖效果將大幅下降。
        ( 4) 煤漿泵出口緩沖罐的預充壓力為泵出口壓力的 80% ,或與距泵出口 50 m 處煤漿管線壓力相同時,可確保煤漿流量計示數不波動。
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