FELUWA双软管隔膜泵常见故障分析.pdf

2023年第4期28小原枝术FELUWA双软管隔膜泵常见故障分析许沛勤（陕西神木化学工业有限公司，陕西榆林719319)摘要：著者公司有6 台水煤浆气化炉，配套6 台德国FELUWA公司生产的高压软管隔膜活塞泵，采用四缸双作用软管隔膜活塞泵和三缸单作用双软管隔膜活塞泵形式的煤浆泵。自6 台高压煤浆泵投人生产以来，运行中出现过隔膜软管破损、活塞杆断裂、缸套损伤、活塞环磨损漏油、油泵损坏等故障，其中软管破裂故障居多。软管破裂故障的频繁出现，一直制约着气化装置的安全稳定运行，严重影响了企业的生产经营效益。为了消除高压煤浆泵异常故障，对高压煤浆泵结构特点及相关故障原因进行分析，提出了一系列有针对性的防范措施，以消除高压煤浆泵软管频繁破裂的故障，保证高压煤浆泵的安全稳定长周期运行。关键词：高压煤浆泵软管破损故障防范措施中图分类号：TH323文献标识码：A德士古煤气化工艺是一种以水煤浆为原料，以高纯氧为气化剂的加压气流床气化工艺。来自煤浆槽的煤浆经高压煤浆泵加压后送至工艺烧嘴内环隙，来自空分装置的氧气（纯度99.6%）经氧气流量调节阀调节流量后送人工艺烧嘴的中心管和外环隙，水煤浆和氧气通过工艺烧嘴混合后喷入气化炉燃烧室内充分混合雾化，在135 0 左右的高温下发生部分氧化和还原反应，生成以CO和H2为主要成分的合成气。经增湿、降温、除尘后送人变换工序；同时，将系统中产生的黑水送人闪蒸、沉降系统，以达到回收热量及灰水再生、循环使用的目的，粗渣及细渣送出界外11高压煤浆泵结构及工作原理阐述高压煤浆泵作为煤气化装置的核心设备，其作用主要是为气化炉运行提供反应用的煤浆，保障整个气化系统的运行。因煤气化生产过程工艺流程复杂，技术标准要求高，且具有连续性生产的特点，一旦高压煤浆泵出现故障，将影响整个气化装置的安全稳定运行，严重影响企业的安全生产效益。FELUWA双软管隔膜活塞泵是由3个单作用缸体并联而成的往复式活塞泵，高压煤浆泵电机驱动涡轮减速器带动曲轴运转，通过曲拐连杆十字头，带动活塞做往复运动，活塞的往复运动通过泵头内的液压油使得内软管和外软管总是同时以同样的形状和方向动作（在两个软管之间用水或防冻液来作为压力传输成分）。当活塞向前运动时，由于外压和体积改变，软管内的煤浆因外压通过出口阀被压出，此时的双软管被挤压，吸人阀关闭。当活塞向后运动（向减速器方向）时，在压出行程中被挤压的软管恢复到原有的圆柱形状，形成的真空使进口阀打开，煤浆通过打开的球阀流人软管内。由于活塞的往复运动，会开始一个新的行程。FELUWA双软管隔膜活塞泵的显著优点是其直线的流通通道，在处理悬浮液、粘性流体或有磨蚀性流体，以及不能暴露在重力下或含有固体的流体时特别有利，所有敏感部件都与被输送的流体隔离开来。此类泵的显著特点是介质仅与软管隔膜内侧和阀门相接触，避免了对泵体的腐蚀和侵蚀。因采用双软管结构，其具有双重的安全性，无论内软管或外软管出现意外破裂损坏，另一个软管仍会阻挡煤浆进人到液压腔中，该泵仍能继续正常运行，且当软管出现破损故障时，安全监测装置将会发出报警信号，可提醒操作者有计划地停车、检修，避免因紧急事故停车造成损失扩大2 2高压煤浆泵常见软管故障分析自著者公司高压煤浆泵投用以来，运行中出现2023年第4期29小原技术过不同类型的故障，例如：隔膜破损、活塞杆断裂、活塞环磨损漏油，油泵损坏等故障，其中软管破裂故障居多，软管破裂故障的频繁出现，一直制约着气化装置的安全稳定运行。根据软管破裂故障所表征出的不同现象，经过总结分析，得出造成软管破裂故障的主要原因如下文所述。（1）高压煤浆泵检修后双软管间传动液中空气未排净。FELUWA高压煤浆泵为了保证工作过程中双软管变形量和趋势尽可能一致，在双软管隔膜间充装由水和防冻液组成的传动液。如果传动液在充填过程排气不彻底、在两个软管之间存在空气，气体的体积将随着活塞推进液压油压力的变化而变化，形成气锤，使隔膜软管局部受力增大，将软管击破。（2）高压煤浆泵在运行过程中双软管中间吸人空气并积累到一定量后，因两个软管之间的气体体积会随着活塞推进液压油压力的变化而变化，并形成气锤，使隔膜软管局部受力增大，将软管打破。（3）检修过程中如果法兰压盘、软管翻边沾染润滑油，煤浆泵在运行中较易出现翻边脱出的现象，一旦软管翻边脱出则煤浆泵将会故障停机。（4）缸体放气阀堵塞。缸体顶部放气阀如果出现堵塞，不能够将液压油中出现的气体完全排出，气体将会在缸体顶部与外软管之间聚集，如果积聚的气体达到一定数量，随着活塞的不断运动，容易形成气锤将软管击破。（5）FEL U WA 高压煤浆泵活塞在冲程吸人段，因液压油量减少，软管隔膜会在活塞达到后止点位置之前通过控制盘带动推杆、拨叉作用顶杆开启排气补油阀，利用活塞移动形成的真空和油箱液位进图1高压煤浆泵缸体结构件图行补油，直至隔膜软管移动到极限的时候为止。排气补油阀阀球预开度设定大小取决于顶杆与阀球间的预留控制间隙。预留控制间隙过小，造成排气补油阀预开度设定过大，也会造成高压煤浆泵软管隔膜破裂。（6）煤浆泵单向阀组件因长期使用出现磨损，阀球、阀座和阀座加强圈在煤浆的长期冲刷下变为不规则形状，造成密封不严出现微漏的情况，使得单缸在动作过程中吸人煤浆量不足，靠近出口处存在空气，在动作过程中形成气锤将软管击破。（7）工艺条件的影响工艺操作条件对软管隔膜的使用寿命是重要的影响因素3，不当的工艺条件和错误操作会加速隔膜软管发生破坏的速度，主要包括：1）水煤浆中含有异物损伤隔膜，或水煤浆中夹杂有大颗粒的固体物料，容易在出人口单向阀处卡涩，使料浆进料端波动，导致隔膜软管两侧压力不稳定而产生破裂。造成煤浆中出现异物的原因有以下几点：磨煤机滚筒筛筛网损坏，如果磨煤机滚筒筛存在破损，磨煤机中产生的细小碎棒或铁屑将会混在煤浆中通过滚筒筛的破损处进人小煤浆槽，进而通过煤浆输送系统到达高压煤浆泵内，存在损伤软管的可能。在磨煤机长期运行过程中，随着钢棒与衬板之间的撞击摩擦，产生的部分细小碎棒或衬板表面脱落块状物穿过滚筒筛后进人到低压煤浆槽，经过煤浆传输系统后进入高压煤浆泵。在磨煤机长期运行过程中，滚筒筛筛网在煤浆的磨损和碎棒的冲击下出现破损，可能有损坏脱落的筛网碎片进入低压煤浆槽，后经过煤浆传输系统进人高压煤浆泵。原料煤中存在煤研石，部分煤研石进人磨煤机后未能充分研磨破碎，有部分颗粒状煤研石经过滚筒筛后进入煤浆系统，随着煤浆传输进入高压煤浆泵。磨煤机出口粗粒子下料管堵塞，造成煤浆粗粒子无法排至地沟，煤浆粗粒子逐渐堆积至磨煤机煤浆粗粒子进料口处，有部分煤浆粗粒子反溢入小煤浆槽，并通过煤浆传输系统进人高压煤浆泵。神木化工一、二期装置高压煤浆泵均出现过此类情况，导致高压煤浆泵在运行中因单向阀卡涩造成单缸不打量故障，高压煤浆泵被迫停机检修。2023年第4期30.小原枝术2）水煤浆粘度大或进料入口管道路不畅通，造成高压煤浆泵进料不足，吸人压力过低，隔膜软管两侧压力差过大而破裂。3）因煤浆质量不好，造成煤浆稳定性较差，煤浆在输送过程中产生沉积现象，即单缸在动作过程中吸人煤浆量不足，靠近出口处存在空气，在动作过程中形成气锤将软管击破。3防止隔膜损坏的应对措施3.1做好日常维护首先，做好气化用原料煤源头管控。加大煤气化装置原料煤中杂物的清理管控工作，增加除铁器的日常维护频次，保证原料煤浆尽可能不含有铁质杂质或杂物。其次，加强磨煤机的运行维护。一方面按计划定期对磨煤机中的钢棒配比进行检查（可根据实际运行情况按周或按月定期检查），将磨煤机中出现的细棒和断棒及时检出，避免钢棒磨细后断裂，断裂的钢棒将随着煤浆流动自磨煤机中进人滚筒筛，易将滚筒筛筛网砸坏。另一方面要定期对磨煤机滚筒筛进行检查维护，因滚筒筛经过煤浆的长期磨损，加之磨煤机中断棒、煤研石等大颗粒物带出来后对滚筒筛的冲击，较易造成滚筒筛筛网损坏，这就需要我们做经常性的检查，以防止滚筒筛筛网破损后较为坚硬的铁屑、煤研石及其他异物进入煤浆系统。第三，做好煤浆储槽的定期清理工作。煤浆储槽作为煤浆传输系统中的储存中转设备，在正常运行中，随着煤浆槽搅拌器的不断转动，煤浆槽中的煤浆可以始终保持均匀的混合状态，防止煤浆出现分层或者沉积。虽然煤浆在煤浆储槽中一直处于运动状态，因煤浆槽锥底面处煤浆流动性不好，少量煤浆可能会在煤浆槽锥底面上短暂附着，这部分煤浆粘度大、流动性较差，随着煤浆的不断流动，如果这部分煤浆进人到高压煤浆泵，可能会影响煤浆泵流量，造成波动或打量不足，严重情况下会造成高压煤浆泵进料不足、吸人压力过低、隔膜软管因两侧压力差过大而破裂。为防止煤浆在煤浆槽锥底面沉积，一方面是在制浆过程中提高煤浆质量，按规范添加煤浆添加剂，确保煤浆的稳定性和流动性；另一方面要定期开展煤浆槽清理工作，确保煤浆槽内部清洁干净无异物。3.2按期开展预防性维修高压煤浆泵的运行状况决定了整个气化系统的运行，一旦高压煤浆泵出现故障，将影响整个气化系统的安全稳定运行，严重影响企业的生产效益。为了避免高压煤浆泵在运行过程中出现故障，就需要加强维护、开展预防性维修，保证其安全稳定运行。根据公司煤气化系统实际运行工况，参照高压煤浆泵维护保养说明和检修规程，结合煤浆泵易损件的使用寿命，制定合理的大修、中修、小修计划，按计划对高压煤浆泵开展预防性维修。因国内各家煤化工企业气化炉运行周期存在差异，煤浆泵的检修周期和检修内容也不尽相同，日常中可通过利用煤气化系统切换检修和更换气化炉工艺烧嘴等机会对煤浆泵进行检查，根据煤浆泵易损件的磨损情况判断是否可继续使用，视情况进行更换。例如厂家给出的易损件使用周期相对来说较长，基本都在8 0 0 0 小时左右，在实际生产中因煤浆泵易损件的使用寿命与气化炉的运行周期无法完美匹配，并且在实际使用中发现部分备件达不到厂家说明书中的使用时间。像阀座加强圈，使用中超过40 0 0 小时就会出现密封效果下降的现象，所以就需要根据实际情况来制定煤浆泵易损件的使用时间及更换周期。可利用气化炉工艺烧嘴更换机会，对高压煤浆泵开展定期维护。3.3提升检修质量根据高压煤浆泵维护保养说明和检修规程开展检修，检修过程中把控好检修质量。目前，国内煤浆泵的检修工艺已经较为成熟，各家煤浆泵运行情况有所不同，存在的故障也各种各样，但是存在最多的故障就是软管破裂故障。造成软管破裂故障的原因较多，软管破裂原因前面已经详述，在此不再赘述。下文对预防高压煤浆泵软管故障应对的措施进行分享。1煤浆泵易损件的检修对达到大修、中修、小修周期煤浆泵的分级开展检修，对高压煤浆泵进出口单向阀组件和软管等易损件进行检查，检查单向阀阀球、阀座、阀座加强圈、球导向、阀球护圈和软管等的磨损状况，对因磨损超过使用标准要求的易损件进行更换。因软管的磨损难以测量，需要根据使用经验制定更换周期，更换过程中严格按照高压煤浆泵维护保养说明2023年第4期31小原楼术中规定的指标进行。因工艺条件不同，煤浆泵易损件的磨损也存在差异，易损件的更换也要兼顾一定的经济性。2）#排气补油阀预开度大小设定检修中需要着重注意排气补油阀阀球预开度大小的设定，预开度大小取决于顶杆与阀球间的预留控制间隙，FELUWA公司在维护保养说明中将此间隙值设计为0.5 0.7 mm。如果预留控制间隙过小，造成排气补油阀预开度设定过大，也会造成高压煤浆泵软管隔膜破裂。3）检修过程细节把控软管安装过程中注意不要在缸体表面和法兰压盘上沾染油渍，软管翻边处也不要沾染润滑油，防止运行中因沾染润滑油而造成软管翻边损坏。装配中内外双软管之间排气尤为重要，安装过程中要保证双软管之间的间隙内充满防冻液，以确保双软管之间的空气完全排出，防止高压煤浆泵运行中因双软管之间存在气体的压缩膨胀形成气锤将软管击破。4检修完毕后液压传动系统排气煤浆泵检修完毕后需要进行试泵，试泵过程中需要打开高位油箱的旁通阀对液压传动系统内的润滑油进行排气，一边将润滑油中夹带的气泡排出，排气过程适当放长点，直至高位油箱中不再出现气泡为止，可避免润滑油中的气体进人到缸体和外软管之间的顶部间隙经压缩膨胀形成气锤，将软管击破。5）内外软管间多余防冻液的排出煤浆泵设有软管隔膜状态监测装置，在每个泵头顶部装有一个压力计开关，压力计开关测量探头持续监测两个软管隔膜之间的驱动液体压力，如遇故障（如软管隔膜故障），当两个软管隔膜之间驱动液体压力超过设定值时，压力计开关将会发出报警信号4。压力计开关报警后，便于操作人员及时发现并检查判断煤浆泵软管运行状况，可通过打开压力计开关底部丝堵检查软管内驱动液，是否进人煤浆或润滑油，以此来判断软管是否破裂。检修完毕后，煤浆泵试运行过程中需要通过压力开关计将内外软管之间多余的防冻液排出，以便于内外软管更好地贴合在一起，保证内外软管形变的一致性，增加软管的抗压强度。如果内外软管中的防冻液过多，将会造成软管局部因膨胀量不同而受力不均，产生局部过压现象，造成软管损坏。6)防止泵运行期间双软管之间进气泵试运行后要将压力开关计丝堵装上，并且要保证密封严密，防止运行中从压力开关丝堵部位进气。虽然压力开关计内有单向阀组件，但是单向阀经常会出现密封不严漏气的情况，神木化工高压煤浆泵在运行中出现的此类现象较多，是造成高压煤浆泵软管破裂故障的主要原因。7火煤浆泵缸体顶部放气阀畅通严格按照润滑油三级过滤指标进行添加，防止润滑油中存在的杂质在运行中将放气阀堵塞，一旦放气阀堵塞，润滑油中气体不能及时排出，煤浆泵运行中较易产生气锤将软管损坏。8）工艺条件控制加强工艺管控，提高煤浆质量。水煤浆的主要质量指标有浓度、粘度、稳定性、流动性、粒度分布，煤气化生产中需要高浓度、低粘度、稳定性和流动性好的煤浆，严格控制煤浆各项工艺指标，添加剂的添加量、钢棒级配、水煤比的稳定控制，确保煤浆具有良好的泵送特性，防止因煤浆稳定性和流动性较差造成煤浆泵吸人量不足，导致吸人压力过低、隔膜软管两侧压力差过大而破裂故障。防止磨煤机出口粗粒子下料管堵塞，以免煤浆粗粒子反溢入小煤浆槽，进入煤浆传输系统，引起高压煤浆泵进料不足、吸人压力过低、隔膜软管两侧压力差过大而破裂。4结语高压煤浆泵作为煤气化装置的核心设备，一旦出现故障，将影响整个煤气化装置的安全稳定运行，也会给企业带来巨大损失。自2 0 2 0 年以来，通过在高压煤浆泵运行和检修维护中总结的一些经验，加之精心的维护，截至2 0 2 2 年底，连续三年，6台高压煤浆泵未再次出现因检修或设备本身原因导致软管破裂的故障，从而保障了整个煤气化系统的安全稳定运行。参考文献1黎军德士古水煤浆气化工艺概况J安徽化工，2 0 0 1(1):46-49.2高海松双软管高压煤浆泵软管破裂原因分析及对策 氮肥与合成气，2 0 2 1，49（10）：5 0-5 4.3 李振家，郭本陆。菲鲁瓦高压煤浆泵运行故障分析及优化改造J中氮肥，2 0 19（4)：44-47.4罗刚双软管隔膜高压煤浆泵常见故障判断J内蒙古石油化工，2 0 19（11)：6 5-6 6.（本文编辑胡玉靓）（收稿日期2023-03 02)