FELUWA高压煤浆泵故障案例分析

高 波， 郑 军

(中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司， 山东淄博 255400)

中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司第二化肥厂煤气化装置采用美国GE公司水煤浆加压气化技术，高压煤浆泵采用德国FELUWA泵业有限公司生产的双软管隔膜泵，型号为TGK300/250-K180-DS100HD。3台气化炉与泵1对1，无备机。现就3台高压煤浆泵近年来出现的故障案例加以分析总结,以供参考。

1 泵系统说明

1.1 工艺描述

来自料浆槽的煤浆，由高压煤浆泵加压后经煤浆切断阀进入德士古烧嘴的内环隙，水煤浆和氧气充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室，在6.5 MPa、1 400 ℃条件下进行气化反应，生成以CO和H2为有效成分的粗合成气。

1.2 主要结构

高压煤浆泵为双作用、自吸式、无压盖、无泄漏、低噪音软管隔膜活塞泵，主要由泵体、底座、行程减速器、驱动装置、入口和出口压缩空气容器、管道和阀门等部分组成。

2 故障案例分析及处理

2.1 缸体裂纹故障案例

2.1.1 故障概况

2016年9月29日，操作工巡检发现A台高压煤浆泵1#缸缸体上侧传动油渗漏，定时补油后观察运行。数日后泄漏量逐渐增大，鉴于2011年B台高压煤浆泵出现过缸体贯穿性裂纹，由此判断此缸体裂纹的可能性大。设备技术人员做好更换缸体技术方案准备，工艺技术人员制定并执行特护方案和应急处理方案。10月16日，补油箱液位下降速度为18 mm/h，每班(8 h)泄漏质量约为5 kg，需补油2次。10月18日19:20，A台气化炉煤浆体积流量突然下降1～2 m3/h并波动，氧煤比高报，补油箱液位急剧下降并伴有撞击异音。紧急联系设备人员确认，判断1#缸逐渐失效，直至单缸不打量。因没有备件，当晚拆卸C台高压煤浆泵1#缸备用，A台气化炉降量运行，隔天停车抢修。停车时，A台高压煤浆泵1#缸出入口单向阀堵塞，已不打量。经拆检发现缸体上部出现裂纹，与判断一致，为拨叉支撑转轴部位断裂。

2.1.2 原因分析

缸体上部裂纹扩大，传动油中进气，是造成单缸不打量的主要原因。缸体上部与补油箱相连部位出现裂纹，此处只有拨叉转轴支撑处受力，间接受到活塞撞击力，在同一节奏重复、轻微震动下，出现两道贯穿“O”型密封圈的裂纹，造成外漏。随着裂纹扩大，传动油中进气，柱塞推力减小，出入口单向阀逐渐堵塞，拨叉转轴受力断裂，停止排气，直至单缸不打量。两个缸体同一部位出现同样裂纹(见图1、图2)，说明存在设计问题，表明裂纹部位应力集中或不足于承受交变的冲击载荷。

图1 A台高压煤浆泵1#缸的裂纹部位

图2 B台高压煤浆泵泵1#缸的裂纹部位

2.1.3 处理措施

更换1#缸缸体、补油排气阀、软管隔膜等，重新调整拨叉间隙。拆检备用泵，探伤缸体上部，排除裂纹隐患。目前缸体已国产化，并对易开裂部位加固改造，成功应用于A台高压煤浆泵2#缸。

2.2 氧煤比高联锁停车故障案例

2.2.1 故障概况

2017年4月19日18:39，A台气化炉氧煤比高联锁，A台高压煤浆泵联锁停车。停车后检查出入口单向阀温差无异常，冲洗时发现中间缸出口阀有堵塞现象。经冲洗试车合格后，21:39开车，21：47再一次氧煤比高联锁停车，再一次冲洗试车后于23:25投料成功，正常运行。4月19日—22日，C台高压煤浆泵电流低报1次，煤浆流量波动4次，A台高压煤浆泵流量多次波动。

2.2.2 原因分析

煤浆流动性差是此次停车的主要原因。煤浆流动性差，个别单向阀淤积堵塞，氧煤比高联锁，A台高压煤浆泵停车。此后C台高压煤浆泵也出现流量波动现象，严重时，两泵同时波动。因两泵共用1个煤浆槽，判断为煤浆质量问题[1]。

2.2.3 处理措施

降低煤浆槽液位，运行B台高压煤浆泵槽内打循环，倒磨煤机，更换添加剂。

2.3 出口缓冲罐蓄能器漏气故障案例

2.3.1 故障概况

2018年3月23日2:35，C台气化炉体积流量波动值达15 m3/h，现场高压煤浆泵出口缓冲罐发出连续撞击声。2:49，C台高压煤浆泵出口缓冲罐外侧蓄压器充气接头漏气，“O”型密封圈部分脱出。经请示主管部门，决定不停车抢修，放完蓄能器胶囊中的氮气后，再更换整个充气嘴接头。仪表对气化炉流量联锁加强制后，不停车更换充气嘴接头并充氮气。抢修完毕后，装置运行趋于稳定，避免了事故停车。

2.3.2 原因分析

在系列检修时，发现此接头漏气，因无备件，当时进行改造处理。

分析此漏点隐患，认为主要是密封圈尺寸选择错误造成，应选φ10 mm×1.8 mm(实际使用的是φ10 mm×3 mm)。

2.3.3 处理措施

做好备件储备。可使用国产化充气接头。

2.4 补油排气控制杆转轴断裂故障案例

2.4.1 故障概况

2019年1月18日13:34，总控发现C台高压煤浆泵转速波动，体积流量下降2～3 m3/h。经相关人员现场确认，判断2#缸补油系统拨叉出现故障，经厂部研究并报公司批示，C台气化炉停车，抢修高压煤浆泵。为了减少效益损失，暂定不抽烧嘴。14:53，增大B台气化炉负荷，并逐步减小C台气化炉负荷，以保证氢气负荷稳定。15：30，C台气化炉切除，17：00交出检修。经拆检发现中间缸补油排气控制装置的拨叉转轴断裂，控制装置失效，同初期判断相符。经过4.5 h抢修，更换泄漏补偿阀，C台气化炉投料开车。

2.4.2 原因分析

2#缸排气补油控制装置失效是此次事故的主要原因。故障发生的具体部位是控制装置传动部件——拨叉的焊接部位断裂。液压油排气补油系统中，拨叉主要起到传递力的作用，销轴与拨叉的焊接部位是薄弱部位，销轴在运行过程中不断承受剪切力。同时补油阀的平衡孔堵塞，造成控制盘的销轴与拨叉受力大[2]。更换软管后，液压油是清洁的，但是运行一段时间后，液压油的颜色变深，油中出现杂质。这些杂质包括：溶解在液压油中的胶状物析出；活塞背部的排气管与液压油箱相连，运行中吸入磨煤厂房内的灰尘；检修时，清洗手段达不到洁净要求。

2.4.3 处理措施

更换2#缸补油排气阀及拨叉，试车正常；对备用泵拆检泄漏补偿阀，检查阀座上4个均压孔；检修时做好清洁工作；完善检修过程控制和检测方案，针对事故问题重点检查。

2.5 双软管隔膜破故障案例

2.5.1 故障概况

2020年7月5日2:20，C台高压煤浆泵2#缸软管隔膜破裂报警，操作人员现场检查液压油液位没有变化，控制室流量没有波动，出口压力表平稳未波动。根据运行经验，此时操作人员进行特护运行至白班接班，并把相关情况汇报至车间值班领导。设备人员对隔膜破裂报警装置的排放丝堵松两扣后发现，排放丝堵流出润滑油，并且压力较大，确认液压油侧隔膜出现破裂。随后打开液压油的油箱顶部盖板，发现液压油中有黑色漂浮物。为了进一步确认煤浆侧的隔膜是否破裂，对液压油进行置换，在置换油的油桶底部发现有微量类似煤浆颗粒物。经判断，确认为中间缸内外软管隔膜均出现破裂，决定停车检修。10:45，C台气化炉停车，12:40，C台高压煤浆泵断电检修，更换中间缸隔膜，拆卸隔膜腔清理油系统各部件。19:45，试车合格。

2.5.2 原因分析

双隔膜破裂的原因为隔膜疲劳开裂，可能被铁质之类物件划破[3]。报警时发现补油箱变黑，证明在很短的时间内双软管隔膜全部破裂。内管破裂部位在凸起压条侧面。此凸起压条是为了更好地排除隔膜间的防冻液而设计的。此位置在控制系统蘑菇头顶压处，110 mm长度内有3个裂口，其中最大长度为30 mm，已穿透，其余两个未穿透。从裂口看，因制造质量差造成疲劳开裂的可能性偏大，也存在被铁片扎破的可能。当内管隔膜出现小裂孔后，外管与内管间进入煤浆及铁片，导致外管爆裂，油系统煤浆变黑；因内管裂口较小，补油箱润滑油没有注入煤浆通道。

2.5.3 处理措施

加强原煤质量控制，减少原煤中的金属物夹杂。对输煤系统的除铁器进行磁力检查，发现磁性减弱应及时更换；对输煤机除铁器加强管理，定期清理铁屑；择机对煤浆槽底部沉积的铁屑进行清理，每次检修对入口管线进行彻底清理；煤浆泵软管使用时长控制在8 000 h以内，以排除软管存在疲劳运行的隐患；安装时，软管凸起压条避开蘑菇头部。

2.6 出口缓冲罐双层软管隔膜破裂故障案例

2.6.1 故障概况

2021年9月18日，A台高压煤浆泵出口缓冲罐双层隔膜破裂。回顾运行情况：3月25日开车，4月19日18:39因流量突降联锁停车，6月11日换烧嘴，7月20日9:20电气更换开关停车。

2.6.2 原因分析

自装置原始开车以来，出口缓冲罐隔膜频繁破裂，分析是停车泄压过快造成。但改造泄压流程后，破裂现象还是时有发生。发现破裂有两种情况：一种是运行中蓄能器异音，需冲氮气消音，停车检修时发现双层隔膜破裂；另一种情况是停车计划检修时发现缓冲罐隔膜破裂，运行时无异常现象。FELUWA高压煤浆泵最新设计改为立式，煤浆不穿过隔膜，鉴于此，怀疑设计存在缺陷。缓冲罐卧式会造成部分水煤浆沉积和停车瞬间负压现象[4]。

2.6.3 处理措施

当缓冲罐软管隔膜破裂时，缓冲罐上部的蓄能器胶囊没有破裂，短时间内不会造成煤浆流量大幅波动，但长时间运行时煤浆会固化，此时胶囊会失去作用，气化炉会因煤浆流量波动造成联锁停车，应尽快改造出口缓冲罐形式。

3 结语

自2008年10月高压煤浆泵开车运行以来，最初几年外软管隔膜频繁破裂，经厂家更换隔膜腔后，隔膜破裂故障很少发生。但是，其它故障时有发生，因无备机，导致气化炉单系列停车。如何避免故障停车永远是设备管理人员研究的方向。