煤气化装置除氧水泵的技术改造

刘克存

（陕西咸阳化学工业有限公司 甲醇中心，陕西咸阳 712000）

煤气化装置除氧水泵的技术改造

刘克存

（陕西咸阳化学工业有限公司 甲醇中心，陕西咸阳 712000）

介绍了除氧水泵在陕西咸阳化学工业有限公司年产600kt甲醇工艺运行中运行周期短的问题，通过技术改造，延长了除氧水泵的运行周期，对煤气化装置长、满、优的安全运行提供了技术保障。

煤气化；除氧水泵；技术改造

陕西咸阳化学工业有限公司是于2007年4月开工建设，2009年9月投料试车。公司年产600kt甲醇合成工艺以煤为原料，采用西北化工研究院多元料浆技术气化制取粗原料气，经过耐硫变换、低温甲醇洗气体净化制备合格的合成气，再经过甲醇合成、精馏生产甲醇产品。煤气化装置中除氧水泵是装置的心脏，它的运行优劣，直接关系到装置是否可以稳定运行，因此对装置中除氧水泵的合理改造，有助于实现装置的安全稳定运行。

1 概述

除氧器（V1411）内水的来源（如图1所示）：大部分由低压灰水泵提供；还有部分来自系统回收的冷凝液，主要有变换汽提塔底部来的冷凝液和高压闪蒸分离罐冷凝液；还有一路为原水，它与除氧器液位投自调，用以维持除氧器内液位的正常稳定。除氧器采用低压闪蒸汽汽提，低压灰水由脱氧水槽顶部喷淋并与汽提气逆流而下，废蒸汽由顶部放空；正常生产后汽提气主要由低压闪蒸气来提供。脱氧水槽控制压力 0.04MPa，脱氧后的灰水由除氧水泵（P1407）加压至 7.5MPa后，经灰水加热器加热，温度升至160℃，送至气化洗涤塔。

除氧水泵 P1407为重庆水泵厂制造，设计型号为 ZDF250-135×6 的自平衡多级离心泵，扬程 810m，额定流量 250m3/h。除氧水泵的用途是将除氧器热力除氧后的水加压至7.5MPa 作为洗涤塔 T1301维持液位的水源、锁斗 V1308充压用动力水源、P1305防气蚀水及事故激冷水。正常生产运行中，除氧水泵4台泵为 2开 2 备运行模式，出口总流为360～450m3/h。

2 除氧水泵运行中出现的问题

我公司除氧水泵在运行中遇到很多设计问题（如图1所示），经过多次技术改造，才使得装置可以稳定运行。这4台除氧水泵在运行期间，经常出现泵的驱动端、非驱动端振动值偏大，温度偏高的现象，当泵的驱动端、非驱动端振动值和温度达到极限值时不得已才停泵检修。据统计在2016年期间，共出现21次故障，平均运行周期为21d，最短运行周期为2d，最长为90d，最严重的时候，由于泵的检修需要时间，4台泵最后只剩一台泵在运行，最后造成系统不得不降负荷运行，给气化装置安全运行带来很大的隐患。

3 原因分析

1）气化装置在开停车过程中，由于气化炉没有煤浆和氧气参加反应从而没有产生热量，因此造成进入除氧器的低压闪蒸汽不足，或在装置发生异常情况时，气化炉和洗涤塔的排黑水量过小，同样会造成低压闪蒸汽不足。此时就会引起除氧器 V1411的压力过低，进而造成除氧水泵的进口压力过低，最后导致除氧水泵发生汽蚀。

图1 改造前除氧水泵P1407运行流程简图

2）在正常的操作运行中，由于投入的低压闪蒸汽过大，或是变换冷凝液的输送量过大，导致除氧器内的水温过高，从而引起除氧水泵的进口温度过高。当除氧水泵的进口压力低于此时水温的饱和蒸气压时，水就发生汽化，进而导致泵汽蚀。

以上两种情况发生时，吸水室内液体便发生汽化，产生许多气泡，气泡内充满蒸汽和液体中析出的气体。这些气泡随着液体带到压水室的叶轮高压区，在高压的作用下迅速凝结而破裂。与此同时周围的流体质点以高速冲向原来气泡占有的空间，质点相互撞击而形成高频的局部水击，压力可高达上千兆帕。这种水击会对金属表面形成持续、反复的冲击，导致金属表面疲劳破坏从而造成叶轮机械剥蚀。另外，在气泡破裂所释放的凝结潜热的助长下，原气泡内的活泼气体又会对金属产生化学腐蚀作用，加剧了材料的破坏。金属表面在机械剥蚀和化学腐蚀的长期联合作用下，会出现蜂窝状破坏[1]，如图 2 所示。

图2 除氧水泵叶轮汽蚀损害情况

另外，因汽蚀产生的局部水击会产生许多不同频率范围的噪声，如果水击的频率和机组的的固有频率接近将会引起机组振动。机组的振动又会促使更多气泡的产生和破灭。这种相互激励，最后可能导致机组的强烈振动，称之为汽蚀共振。如果机泵发生汽蚀共振必须紧急停止水泵运行，给气化装置安全稳定长周期运行带来很大影响。

4 改造措施

如何延长除氧水泵 P1407的运行周期，是陕西咸阳化学工业有限公司一直在摸索和攻关的技术难点。而防止 P1407泵汽蚀才是延长除氧水泵运行周期的关键，因此，公司结合实际情况从以下几个方面入手进行改造。

1）在进除氧器 V1411低压闪蒸汽管线上引一条2寸的低压氮气管线，一方面维持 V1411的压力，另一方面降低 P1407进口温度。

为了维持 V1411的压力和降低 P1407进口温度，如图3所示，在入除氧器 V1411低压闪蒸汽管线上引一条2寸的低压氮气管线，并设有手阀控制。在系统闪蒸汽过小时或装置开停过程中进行调节，确保 V1411压力维持在300～350kPa，防止除氧水泵的进口压力过低造成泵汽蚀。

2）在4台除氧水泵 P1407的进口均增设一条2寸的灰水管线，增加泵的进口流量，防止泵因进口流量不足或水温过高而造成泵汽蚀。

为了保持足够的进口流量，在4台除氧水泵 P1407的进口均增设一条 2 寸的灰水管线，流量在 60m3/h 左右，这样大大缓解了泵的进口流量不足的问题。与此同时，灰水的温度只有66℃左右，因此也能起到降低泵进口水温的作用，进而避免了泵的进口水温过高造成泵汽蚀的现象。

3）将4台除氧水泵 P1407的进口由18寸管线的中部改至18寸管线的下部，防止18寸管线积渣。

在每次计划大检修和短停检修时发现，18寸管线积渣非常严重，最严重时整个管径通道只剩下1/3，严重制约了泵的进口流量，给除氧水泵的长周期运行埋下了很大的隐患。根据流体力学原理，管道内壁处的流速最低，最易结垢，从主管侧面引出的管道，易导致主管积渣；而从主管底部（正下方）引出的管道，因重力作用，会使流动状态发生改变，可有效缓解管道内的积渣或结垢情况。为了解决管道积渣问题，将4台除氧水泵 P1407的进口由18寸管线的中部改至18寸管线的下部，这样灰水中带来的灰渣可以随水流流走，避免了灰渣的沉积，同时也避免了因除氧水泵的进口管线阻力增加而造成泵汽蚀的现象。

4）在18寸管线上增加一台阀门，防止两台泵运行时出现抢水现象。

由于出口流量计显示偏差问题，同时每台泵的打量情况也不一样，为了防止两台运行泵出现抢水现象，工艺技术人员根据实际情况，如图3所示在18寸管线上增设了一台阀门，避免两台泵发生抢水现象。与此同时，工艺技术人员还要求班组人员在启动除氧水泵时应启动阀门两侧的泵，不能同时启动阀门同侧的两台泵。

5）在工艺操作方面，细化工艺操作，确保工艺指标在正常范围内。

在高压闪蒸器液位调节阀出现故障或管道堵塞时，携带大量黑渣的黑水就会从气路管道进入到高闪气液分离器中，伴随着高闪冷凝液进一步进入到除氧器V1411中（如图3所示），使得除氧器水质变差，黑渣聚集在 P1407进口管道，导致有效管径减小。因此工艺技术人员要求中控人员在操作时要严格遵守工艺指标，一旦发生异常时及时进行处理，防止事情进一步恶化造成严重的后果。另外，工艺技术人员还要求每周四当班人员对除氧水泵的进口过滤网进行清洗，在清洗时一定确保进口过滤网清洗干净，对结垢严重的过滤网进行更换，确保除氧水泵的进口管线畅通，进而避免因进口管道不畅造成进口水量不足最终导致泵汽蚀的现象。

图3 改造后除氧水泵P1407运行流程简图

5 结束语

通过以上五项措施的改造，在运行中取得了良好的效果，泵的驱动端、非驱动端振动值偏高，以及温度偏高的现象得到有效的解决。目前改造后的每台泵的运行周期都在5个月左右，这也标志着此次技术改造工作的圆满完成，同时也为气化装置的安稳长满优运行奠定了坚实的基础。

[1] 蒋先广，张传锋.德士古气化装置灰水循环泵故障原因和解决办法[J].大氮肥，2014，（3）：184-186.

Technical Transformation of Deoxidizing Water Pump in Coal Gasification Device

Liu Ke-cun

This paper described the problem of short operational cycle for deoxygenated water pump in process of manufacturing methanol with capacity of 600，000t/a in Shaanxi Xianyang Chemical Industry Co.Ltd，which was prolonged through technical transformation，then provide technical support for safe operation of coal gasification device.

coal gasification；deoxygenated water pump；technical transformation

TQ546.5

A

1003-6490（2017）06-0022-02

2017-05-05

刘克存（1986—），男，山东临沂人，助理工程师，主要研究方向为化工工艺研究。