泵，在煤化工中的應(yīng)用

發(fā)表時間：2020-05-31 09:16:25 閱讀次

泵，在煤化工中的應(yīng)用
陜西博泰達水處理：煤氣化，液化是現(xiàn)今煤化工的主流發(fā)展方向，也是煤化技術(shù)的重點研究領(lǐng)域。那么，在煤化整個工藝流程中，泵起著怎樣的關(guān)鍵作用呢？

煤化用泵種類

1、煤制甲醇配套空分裝置

煤制甲醇配套空分裝置主要用泵，包括：高壓液氧泵、液氮泵、液氬泵、冷卻水泵、冷凍水泵等；

2、煤破碎輸送和煤（料）漿制備裝置

煤破碎輸送和煤（料）漿制備裝置主要用泵，包括：煤漿卸料泵、添加劑制備泵、添加劑計量泵、磨煤機給水泵和水煤（料）漿PH調(diào)節(jié)用的堿液計量泵或氨水計量泵以及地下廢煤漿槽泵等；

3、水煤(料)漿氣化和灰水處理裝置

水煤(料)漿氣化和灰水處理裝置主要用泵，包括：高壓煤（料）漿給料泵、燒嘴冷卻水泵、激冷水泵或黑水循環(huán)泵、鎖渣罐循環(huán)泵、渣池泵、預(yù)熱水泵、澄清槽給料泵、除氧水泵（或碳洗塔給料泵）、真空泵（系統(tǒng)）、真空凝液泵、絮凝劑泵、分散劑泵、低壓灰水泵、澄清槽進料泵、澄清槽底泵、過濾機進料泵、地面沖洗液下泵、真空過濾機真空泵、濾液泵等；

4、變換和低溫甲醇洗裝置

變換和低溫甲醇洗裝置主要用泵，包括：工藝熱凝液泵、高壓閃蒸罐給水泵、低溫冷凝液泵、脫氧槽給水泵等。在脫碳工段通常配套低溫甲醇洗裝置,低溫甲醇洗通常有：

（1）德國的林德工藝流程（與國內(nèi)大連理工大學(xué)和其它公司的工藝流程類似），配套的泵有:H2S濃縮塔上塔出料泵、H2S濃縮塔給料泵、甲醇再生塔給料泵、貧甲醇泵、甲醇/水分離塔給料泵、甲醇再生塔回流泵、地下污甲醇泵、尾氣水洗塔底泵等。

（2）如采用德國的魯奇工藝流程，配套的泵有主洗滌泵、尾氣再吸收塔進料泵Ⅰ 、尾氣再吸收塔進料泵Ⅱ 、再吸收塔循環(huán)泵、熱再生塔進料泵、精洗滌泵、甲醇水分離塔進料泵、熱再生塔回流泵、廢水泵、地下排污泵、補充甲醇泵等；

5、甲醇合成和冷凍站裝置

甲醇合成和冷凍站裝置主要用泵，包括：透平冷凝液泵、潤滑油站用主、輔油泵和事故油泵等。不同的流程或有熱水循環(huán)泵等；

6、甲醇精餾裝置

甲醇精餾裝置主要用泵，包括：如采用德國的魯奇工藝流程，配套的泵有:穩(wěn)定甲醇泵、預(yù)精餾塔回流泵、加壓塔回流泵、常壓塔回流泵、工藝水泵、液下泵、堿液泵、側(cè)線出料泵、粗甲醇泵、精甲醇泵、洗滌塔底泵、循環(huán)洗滌水泵等。（不同工藝流程所采用的泵的類型也不同）；

7、甲醇儲運和硫回收、氫回收裝置

甲醇儲運和硫回收、氫回收主要用泵，包括：甲醇火車或汽車裝車泵、甲醇地下槽泵、甲醇給料泵等，硫回收裝置根據(jù)流程的不同配套的泵有液硫泵、酸水泵等。

煤氣化工藝及關(guān)鍵泵設(shè)備

1、主要氣化工藝

目前國內(nèi)在煤氣化技術(shù)方面有水煤漿氣化和干粉氣化兩條路線。
一是以GE德士古工藝、OMB華東理工大學(xué)四噴嘴工藝、清華達利科工藝、西北院多元料漿工藝等為代表的水煤漿加壓氣化技術(shù)路線；
二是以SHELL（殼牌）煤氣化工藝、TPRI西安熱工院兩段爐工藝、航天煤氣化工藝、GSP煤氣化工藝等為代表的粉煤加壓氣化技術(shù)路線。

2、關(guān)鍵泵設(shè)備

水煤漿氣化工藝因流程簡單、不污染環(huán)境、對煤種適應(yīng)性強、生產(chǎn)能力大、氣化壓力高、合成氣質(zhì)量好、開停車方便、加減負荷較快、氣化爐結(jié)構(gòu)簡單、可連續(xù)供料及操作穩(wěn)定等優(yōu)點，在我國占有較大的市場份額。水煤漿氣化工藝包括水煤漿制備、加壓氣化和灰水處理3部分，氣化部分則是整套裝鱟的核心。以德士古工藝為例，圖4、圖5為水煤漿加壓氣化典型工藝路線圖。氣化爐的工作溫度一般在1200℃，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和下道工序需求的不同，氣化爐的氣化壓力有4.0 MPa、6.5 MPa、8.5 MPa 3個壓力等級。水煤漿氣化工藝中泵設(shè)備較多，裝置引進初期依靠進口，經(jīng)泵行業(yè)十余年的努力，通過對進口泵設(shè)備的消化吸收再創(chuàng)造，除高壓煤漿泵少數(shù)業(yè)主還在依賴進口外，其它的都已國產(chǎn)化。

3、高、低壓煤漿泵

從制槳到氣化，裝置中比較關(guān)鍵的泵是高、低壓煤漿泵。表1為德士古工藝高、低壓水煤漿泵主要技術(shù)參數(shù)。
低壓煤漿泵是煤漿制備的重要設(shè)備，作用是將從磨煤機中出來的水煤漿送人煤漿槽，泵的形式有三缸單作用往復(fù)式隔膜泵、離心式雙殼體渣漿泵，這兩種泵目前國內(nèi)都能生產(chǎn)。高壓煤漿泵是煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備，作用是將水煤漿加壓后送人氣化爐。目前，高壓煤漿泵市場基本被荷蘭奇好(Geho)公司和德國菲魯瓦(Feluwa)公司占領(lǐng)，只有個別廠家使用愛莫瑞奇J-E公司或沈陽冶金公司的產(chǎn)品。圖6為德國菲魯瓦公司煤漿泵的結(jié)構(gòu)簡圖。

4、高壓水煤漿泵常見故障及處理方法
（1）隔膜缸進出口單向閥門卡
處理辦法是將氧氣流量閥打手動，調(diào)節(jié)合適氧煤比，調(diào)節(jié)煤漿泵轉(zhuǎn)速，如果量提高了就好了，如果沒有變化，多次調(diào)整，利用泵出口導(dǎo)淋排漿，減少大顆粒或雜物的積存，現(xiàn)場檢修人員配合用大錘敲打單向閥，通過缸后的壓力表變化否，來判斷是否恢復(fù)正常。一般情況下采取這些措施后，單向閥卡塞的問題就能解決了。
（2）隔膜破裂
隔膜破裂的原因主要是因為隔膜兩側(cè)(一側(cè)是驅(qū)動液體，另一側(cè)是輸送液體)的壓差不平衡。如果壓力不平衡，隔膜在瞬間就會破壞。由于活塞桿密封處泄漏、氣體的吸入或因補償系統(tǒng)補償不足或過量，以及第一次注油過多或過少，活塞缸內(nèi)的油量總是在不斷地變化，這都將破壞隔膜兩側(cè)的壓力平衡，造成隔膜破裂。
（3）液壓油漏
液壓油泄漏的原因是密封損壞，檢修時更換密封件。
（4）進出口緩沖罐中皮囊破損，一般是由于煤漿泵中進入鐵屑導(dǎo)致。一般不會存在堵塞排氣補油閥，只要保證液壓油干凈，無雜質(zhì)，此外一定要保證棒磨機出料煤漿品質(zhì)，不能因為煤漿里面鋼棒鐵屑出現(xiàn)過停車事故，必要時甚至可以放掉一部分沉底的煤漿。
（5）進口濾網(wǎng)堵塞，原因主要是我廠棒磨機襯板起初用的是橡膠襯板，脫落的橡膠堵塞濾網(wǎng)。后將橡膠襯板改為鋼的后，問題隨之解決。

5、離心式水泵與灰水泵

燒嘴冷卻水泵、鎖斗循環(huán)泵、渣池泵、激冷水泵（或灰水循環(huán)泵、黑水循環(huán)泵）、低壓灰水泵、高壓灰水泵（或稱除氧水泵、高壓回水泵、碳洗滌塔給料泵）、過濾機給料泵等是氣化裝置的關(guān)鍵用泵。

表2為德士古氣化工藝(6.5 MPa等級)主要離心泵參數(shù)，氣化壓力不同，泵的參數(shù)不同，但這些泵都屬于離心泵范疇。突出的特點是介質(zhì)屬于固液混合兩相流，在高溫高壓條件下，其水力模型與常溫條件下有一定的差異，如何提高泵的運行效率，減少顆粒對泵體、葉輪的沖刷磨損是重點，將API 610標(biāo)準(zhǔn)有機地貫砌到耐磨離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計中是問題的核心。
（1）燒嘴冷卻水泵的作用是將冷卻水輸送到噴嘴夾套，對噴嘴進行冷卻。工作條件相對較好，可靠性是關(guān)注點，一般采用標(biāo)準(zhǔn)化工流程泵。
（2）鎖斗循環(huán)泵、激冷水泵在水煤漿氣化工藝中相當(dāng)重要，是氣化爐安全穩(wěn)定運行的保障。鎖斗循環(huán)泵的作用是將鎖渣罐中的水返回氣化爐；激冷水泵則是將碳洗滌塔中的水送回氣化爐。這兩個泵有共同特點：進水壓力高、工作溫度高，輸送的水中都含有少量的固體顆粒，耐高壓、耐磨是關(guān)鍵因索，因此對過流部件的設(shè)計、軸向力的平衡、軸封與沖洗的選擇等要求很高。目前，多采用單級懸臂式離心泵，材質(zhì)一般選用雙相鋼?？紤]到耐磨，有些廠家在蝸殼內(nèi)噴焊硬質(zhì)合金，有些則增加導(dǎo)葉，把蝸殼的承壓與擴壓功能分開。這樣，導(dǎo)葉中流速高，沖刷磨損后可以更換，殼體內(nèi)流速低不易磨損，確保使用壽命長，運行可靠嘲。

如圖7所示，國產(chǎn)的雙殼體泵可以替代進口使用舊，合肥通用機械研究院用OCr15Ni4M03Si3CuNb雙相鋼制造鎖斗循環(huán)泵葉輪、殼體等備件，且已在淮化使用，效果不錯。
(3)渣池泵的作用是將渣池中水及灰渣抽出處理，正常開車走真閃，開停車或者烘爐等非正常情況就送沉降槽。在灰渣的沖刷及其它物質(zhì)的腐蝕下會加快磨損，因此多選用Ni-hard材質(zhì)的雙殼體渣漿泵。泵轉(zhuǎn)速可選1450 r/min或970 r/min，也可以選用2950 r/min配變頻器。轉(zhuǎn)速低、葉輪線速度低，可減輕葉輪與蝸殼磨損。過濾機給料泵也與其類似，不同點在于：氣化爐開停車時，系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)垢在溫度變化下脫落，進入沉降槽從而堵塞壓濾機給料泵。最好的辦法是在系統(tǒng)開車后，將壓濾機給料泵人口管線短節(jié)拆掉，將沉降槽底部的灰渣排到一個固定的池子，一般在4個小時左右，再裝上人口管線開車就不會出現(xiàn)這類問題了，待系統(tǒng)好轉(zhuǎn)后將池子里的物料打回過濾。
(4)高壓灰水泵的作用是將灰水槽中的灰水經(jīng)閃蒸換熱器送到碳洗滌塔。該泵流量大、揚程高，介質(zhì)中含有一定量的灰渣，采用多級對稱式離心泵為宜，如圖8所示。

高速泵或平衡盤、平衡鼓式的多級泵使用起來或多或少都存在問題。周夏等提出的雙平衡盤與動力楔防磨平衡盤技術(shù)也可改善泵的壽命，但作者認(rèn)為平衡盤在灰水中易磨損并不可靠。合肥通用機械研究院消化吸收日本新井制作所(Arai pump)水沖洗中間節(jié)流套經(jīng)驗開發(fā)的DH對稱式多級離心泵效果好、使用壽命長。如果對平衡盤、平衡鼓式的多級泵進行造，將高壓潔凈水注入平衡轂或平衡盤前，也會達到不錯的效果，與日本新井制作所水沖洗中間節(jié)流套異曲同工。
對水煤漿氣化裝置，除高壓水煤漿泵目前還需要進口外，其它水煤漿氣化裝置用泵國內(nèi)都能夠生產(chǎn)，這不僅為國家節(jié)省了外匯，也業(yè)主降低了工裎的設(shè)備投資。

干粉氣化工藝的關(guān)鍵泵設(shè)備

干粉氣化工藝的基本過程：原煤加助燃劑，破碎磨成煤粉，由高壓氮氣流輸送進氣化爐，在壓力4.1 MPa、溫度1500—1600℃的條件下，與配加的氧氣和水蒸汽瞬時完成揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化的一系列物理化學(xué)過程，氣化產(chǎn)物為粗合成氣，煤灰熔化以液態(tài)流出。

圖9為干粉氣化的典型工藝-Shell工藝(SCGP)流程示意圖。國內(nèi)應(yīng)用Shell工藝較早的裝置主要有巴陵石化合成氨與尿素項目、安慶石化油改煤項目、湖北雙環(huán)油改煤項目、柳州化學(xué)工業(yè)集團公司26萬噸合成氨項目等。近兩年，由于干粉氣化工藝開車效果較好，該工藝得到快速推廣。

表3為某油改煤項目Shell粉煤氣化工藝主要泵技術(shù)參數(shù)。燒嘴冷卻水泵、渣池循環(huán)泵、灰水泵、灰渣水排放泵等在氣化裝置中屬于重點泵設(shè)備。同水煤漿氣化裝置類似，這些泵工作的環(huán)境都很劣。進口壓力高、溫度高、輸送的介質(zhì)中含有煤灰固體顆粒，或者幾項情況同時存在。從目前裝置上設(shè)備使用情況看，所需泵都能在國內(nèi)解決，只是使用壽命長短問題。雙相鋼材料、特殊軸封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為這些泵的安全運行打下很好的基礎(chǔ)。

煤液化工藝及關(guān)鍵泵設(shè)備

神華鄂爾多斯103萬噸、山西潞安21萬噸和內(nèi)蒙古伊泰18萬噸3個煤制油示范項目相繼投產(chǎn)，并且實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行，這標(biāo)志著煤制油工藝已經(jīng)成熟。神華鄂爾多斯項目是在美國HTI直接液化工藝基礎(chǔ)上結(jié)合其它新工藝的優(yōu)點改進的工藝；內(nèi)蒙古伊泰、兗礦集團均用的是F-T間接液化工藝；兗礦集團建成萬噸級中試裝置，并投產(chǎn)成功。神華HTI直接液化改進工藝和F-T間接液化工藝各有優(yōu)點，未來這兩項工藝必將成為我國煤制油工藝的主流。

圖10為神華鄂爾多斯煤制油百萬噸級裝置兩段法煤加氫直接液化工藝流程簡圖。泵設(shè)備主要分布在備煤裝置、制備裝置、四聯(lián)合裝置（煤液化、加氫穩(wěn)定、加氫改質(zhì)、輕烴回收）、制氫裝置、空分裝置惻中。

表4列出了煤液化主要泵參數(shù)，這些泵當(dāng)時都是從國外進口的，現(xiàn)在有些已能國產(chǎn)，但還是有不少位號的泵需要通過技術(shù)攻關(guān)才能實現(xiàn)國產(chǎn)化。
（1）從圖10可以看出，K-I反應(yīng)器、K-2反應(yīng)器各有一臺循環(huán)泵與之配套，設(shè)備位號為103-P-圖10立式低壓離心煤漿泵201和103-P-202。這兩臺泵在高溫(455 qC)、高壓(20 MPa)下工作，紿反應(yīng)器打循環(huán)，輸送含煤粉顆粒達50%的油漿，其工作狀況特別惡劣，且泵在系統(tǒng)單元中單臺運行、無備臺，要求泵的可靠性特別高。加氫塔循環(huán)泵104-P-102也是類似情況。裝置上所用的這3個位號的泵是從美國福斯(Flowserve)公司進口的。該泵結(jié)構(gòu)上類似于爐水泵，但泵與電機之間多了一道機械密封。該泵屬離心泵與電機一體化，電機為濕定子型，如圖11所示。

除美國福斯(FIOW8erve)公司外，具備該產(chǎn)品生產(chǎn)潛在能力的還有英國泰勒(Tyler)、德國凱士比(KSB)和日本富士、日本酉島等公司。國內(nèi)尚不具備該泵的生產(chǎn)能力，僅有類似產(chǎn)品——電廠熱水循環(huán)泵（爐水泵）的設(shè)計生產(chǎn)能力，合肥通用機械研究院正在作其國產(chǎn)化工作。

（2）在油煤漿催化劑制備（102工序）、煤液化（103工序）過程中，需要一些進出口壓力不高、輸送油煤漿的塔底泵，如表4中102 -PIOIAB、 103 -P10IA—F、 103 -P307ABC、 103 -P315AB等，這些泵的流量、揚程參數(shù)都在離心泵范疇，選用離心泵是肯定的。但要解決的問題是過流部件耐磨及高溫下的應(yīng)力腐蝕、軸封及其沖洗系統(tǒng)的可靠性，這與煉油裝置的塔底油漿泵有些相似。裝置上選用的都是勞倫斯(Lawrence PumpInc.)公司雙殼體化工流程泵FLS6000系列產(chǎn)品，低速運行，如圖12所示。

該系列產(chǎn)品符合API 610標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)特點是內(nèi)層殼體耐磨，外層殼體承壓；葉輪采用軸向口環(huán)間隙；軸封采用雙端面波紋管機械密封，配沖洗罐有壓沖洗P530在葉輪與密封腔間還設(shè)置節(jié)流型輔助密封，外接溶劑油沖洗P32并隔離，以改善機械密封的工作條件；軸承部件都采用加強重載型，過流材料需要耐磨處理。目前，這些泵在逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，如圖13所示上海福斯特公司生產(chǎn)的立式離心煤漿泵。

（3）高壓油煤漿進料泵的作用是將煤漿罐中的油煤漿經(jīng)預(yù)熱器送到反應(yīng)器中。泵出口壓力20MPa以上，工作溫度290℃，輸送的油煤漿固體含率50%，目前采用從德國URACA公司進口的五缸柱塞泵，如圖14所示。該泵顯著的特點是泵轉(zhuǎn)速慢、柱塞行程長、雙層往復(fù)密封。