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BGL气化装置配套机泵技术改造郭静

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：郭静

[导读] 摘要：针对中煤鄂尔多斯能源化工有限公司BGL气化装置运行现状及配套机泵备出现问题进行分析，通过一系列技术改造实现气化炉的长周期稳定运行。

        中煤鄂尔多斯能源化工有限公司内蒙古鄂尔多斯
        摘要：针对中煤鄂尔多斯能源化工有限公司BGL气化装置运行现状及配套机泵备出现问题进行分析，通过一系列技术改造实现气化炉的长周期稳定运行。
        关键词：BGL气化炉，洗涤循环水泵，泄漏，机封
        BGL碎煤熔渣加压气化技术的发展来源于干法排灰的鲁奇气化炉，2000年在黑水泵厂建成了直径3.6m的气化炉，并成功的运行，能够气化煤和垃圾，2006年在云南建成了直径2.3m的液态排渣气化炉，用碎煤作为燃料，这也是国内首套BGL气化炉。2010年中煤鄂尔多斯能源化工有限公司作为国内第三家投运BGL气化炉，经历了诸多坎坷，实现了现在气化炉的高负荷，长周期稳定运行，下面就投运初期到运行稳定，BGL气化装置各系统配套机泵出现的问题及设备技术改造进行介绍。
        1 BGL气化炉工艺装置及设备概况
        1.1 工艺概况
        BGL气化装置以块煤为原料，采用10台气化炉，目前运行模式为6开3备1检修，在4.0Mpa下气化，从气化炉出来的粗煤气经过洗涤冷却器、废热锅炉、粗煤气气液分离器送至变换装置。
        来自备煤装置的原料煤（6~50mm），经皮带进入412m³的煤仓（单台炉），每台气化炉设有两台煤锁，交替操作，间断的将原料煤加入炉内，通过搅拌器布煤器将煤均匀的分布在气化炉横截面上，由上至下依次经过干燥层、干馏层、气化层、燃烧层、熔渣层，再次经过下渣排入激冷室和渣锁，渣锁间断的将激冷后的玻璃渣排入渣沟，通过水力冲到渣池。
        1.2 装置主要设备
        BGL气化装置主要设备有煤锁、过度仓、气化炉、连接短接、激冷室、渣锁、洗涤冷却器、废热锅炉，俗称气化炉“八大件”。气化炉单炉配套9台泵，通过9台泵为气化炉夹套、专利部件、搅拌器、洗涤冷却器提供冷却水或洗涤水。
        2 装置各系统设备出现的问题
        2.1 BGL气化炉洗涤循环泵问题
        4.0Mpa、575℃的粗煤气经过洗涤冷却器，被来自变换装置的高压煤气水和洗涤循环水进行极冷饱和后，进入废热锅炉，底部的一部分水经过洗涤循环水泵打至洗涤冷却器循环利用。
        洗涤循环水泵介质为含尘煤气水，而且洗涤煤气后的介质含油一定的焦油，固体含量小于2Wt％湿基，粒度小于6mm，介质密度约为877kg/m³，运行温度188.9℃，运行压力4.35Mpa。
        洗涤循环泵出现的问题最主要是过流部件的磨蚀、冲刷，由于煤种的原因，出口带尘量较大，对机泵过流部件造成严重的冲刷，机泵原设计叶轮为闭式叶轮，过流部件原设计材质为CD-4Mcu，实际使用寿命约为4个月左右，远远达不到气化炉一个运行周期，严重制约了气化炉的长周期运行，且泵壳泄漏后4.0Mpa的煤焦油喷出，厂房污染严重，而且清理难度大，一度制约无泄漏工厂的建设。
        另外洗涤循环水泵机械密封动、静环为碳化硅，弹簧为动环侧，通过运行统计，机械密封平均运行时间为2个月左右出现密封泄漏情况，拆检后发现机封动、静环碎裂，弹簧被焦油浸没，导致弹簧无法动作，最终导致机械密封失效泄漏。
        2.2 BGL气化炉激冷水循环泵问题
        激冷水循环泵介质为渣、水混合物，而渣为气化炉燃烧后的液态熔渣，阶段排出炉外，排出来的熔渣依次通过连接短接、激冷室，由激冷水循环泵来的水将液态熔渣循环淬冷，最终由水力将爆裂的碎渣冲入渣池。
        其中固体含量小于0.5Wt％湿基，粒度小于6mm，介质密度约为992kg/m³，运行温度49.3℃，运行压力4.41Mpa。
        激冷水循环泵出现问题主要为介质内含固体颗粒，对过流部件冲刷较为严重，使用周期为6个月左右，机封形式与洗涤循环水泵相同。
        改造方案：将过流部件材质改为06Cr13Ni4Mo，叶轮改为开始叶轮，增加耐磨板，机封改为弹簧保护型，动静环改为硬质合金后机泵运行超过3年。
        2.3 BGL气化炉夹套水循环泵问题
        为了满足气化炉的高温、高压，BGL气化炉设计为内壁耐高温，外壁耐高压的双层夹套式反应容器，其设置夹套循环系统气相通过平衡管进入废热锅炉，液相经过夹套废锅回收热量，冷却后的夹套水通过夹套水循环泵送回气化炉夹套。

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        夹套水循环泵介质为锅炉水，运行温度为242℃，运行压力为4.61Mpa。更换新机封时，在灌泵期间经常出现机封轴套与轴之间或机封轴套与压盖之间的泄漏。机封使用寿命短。普遍表现为不到半个月就开始滴漏，最多两个月就大漏至无法使用。夹套水出现的问题主要是机封寿命短，运行周期约1个月，频繁出现泄漏。
        3 改造措施
        3.1 BGL气化炉洗涤循环泵改造
        改造方案：洗涤循环水泵将过流部件材质改为06Cr13Ni4Mo，叶轮改为开式叶轮，设置耐磨板。机泵运行119天后叶轮磨损、冲刷严重，后将叶轮材质更改为30Cr，通过运行统计，机泵运行超过230天，叶轮无明显的磨损，且泵壳累计使用寿命超过381天，完全满足气化炉长周期运行。
        小二期通过将机泵叶轮材质改为Ni-hard，泵体及前后耐磨板改为A995 3A材质后机泵运行寿命达到436天，这更有力的保证了气化炉的长周期稳定运行。
        机械密封通过将碳化硅动、静环改为硬质合金动、静环，将弹簧改为保护型，弹簧在静环侧，使得介质不与弹簧接触，最终保证了机械密封的长期、有效运行，运行周期达到1年左右。
        3.2 BGL气化炉激冷水循环泵改造
        改造方案：激冷水循环泵改造方案与洗涤循环水泵一样，将过流部件材质改为06Cr13Ni4Mo，叶轮改为开式叶轮，增加耐磨板，机封改为弹簧保护型，动静环改为硬质合金后机泵运行超过3年。
        3.3 BGL气化炉夹套水循环泵机封泄漏原因分析及改造方案
        夹套水循环泵机封为单端面密封布置，耐中压型结构。其动环、静环均采用硬质合金（钴基碳化钨），动、静环O圈、轴套O圈全部采用进口全氟醚橡胶，材质均可满足本工况下的长期使用。
        密封失效分析：
        1、密封在静压下就开始泄漏原因有两点：一是从轴套处泄漏，泄漏通道有叶轮锁母垫片、叶轮与护轴套之间垫片、轴套O圈三点。故两个垫片在高温下的质量非常关键，如不达标即造成灌泵时，静压泄漏。其次，轴套O圈的过盈量设计也非常重要，需考虑制造公差，高温热胀因素，高压作用等方面综合影响，适当加大过盈，避免因过盈不足而导致的泄漏。二是动，静环端面处泄漏，端面处泄漏，多是动静环贴合不好所致。在此发生的原因，最大可能是动环过重，动环因自重发生下坠，与弹簧座干涉导致卡滞，与静环端面贴合形成楔。
        2、从旧密封拆解分析来看，密封使用周期短的原因主要是密封过热，动静
        环之间出现干摩擦所致。现场采用Plan23冲洗方案，理想状态下能有效降低密封腔的温度，带走端面的摩擦热。但现场检测运行泵的密封压盖，其表面温度可达130℃-140℃。可见其带走热量有限，换热效果较差，当端面摩擦产生的热量带不走，会产生局部汽化，从而导致端面干磨。（冷却水入口35.3℃，出口93.8℃，机封水入口75.2℃，出口65.9℃）
        另外，现场换热器面积0.6m2，换热器与前端夹套的冷却水为常规循环水，而如工况表所示，介质温度252℃，压力接近5MPa，其热负荷很重。首先，经核算，换热面积偏小，平衡温度约120℃，温度偏高，不利于端面液膜的形成，容易造成干磨。其次，实际温度比计算温度高，较大可能是由于循环水结垢，附着换热器管线和夹套壳体或者Plan23换热器排气不充分，介质循环流量不够所致，另外设备运行时间较长后，泵喉部衬套间隙过大、其节流效果变差，也对密封过热问题带来不利影响。
        改造方案：
        1、叶轮螺母垫片、叶轮与护轴套之间的垫片改为铜垫片，避免金属石墨复合垫片压碎泄漏，导致密封失效。
        2、适当加大轴套O型圈的过盈量，新做护轴套，材质与轴套材质相同，将配合表面硬化处理，防止热膨胀后间隙太大，确保轴套O型圈密封点的可靠。
        3、机封动环材质由硬质合金改为SiC，减轻动环整体重量，防止下坠的发生。
        4、机封水的冷却系统，将原有换热器换热面积改为0.9m²，将换热器冷却水由原有的循环水改为脱盐水，减少壳程结垢导致的换热效果不达标情况，另增加换热器出口高点排气阀，起泵前保证排气完全，灌泵完全。
        改造后机封运行良好，由原有运行周期1个月延长至6个月。
        4 结语
        中煤鄂尔多斯能源化工有限公司通过对影响BGL气化炉长周期运行问题的研究及梳理，不断对配套机泵改造、试用，通过改造也取得了一定的效果，但现有的运行水平只能满足现有的运行模式，逐步二期甲醇项目投产后，气化炉运行时间还需进一步提升，我们还需要通过一系列的努力对BGL气化炉机泵进行专研改造，逐步适应BGL气化炉更长周期的运行要求。