王子修

(河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司， 河南鹤壁 458000)

河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司(简称鹤壁煤化工)原设计甲醇产量为1 800 t/d，通过产能提升改造，日产逐渐突破2 200 t。该企业煤气化装置采用壳牌煤气化(SCGP)工艺，为干煤粉加压气化、气流床气化技术，是先进的第二代干煤粉气化工艺。

1 概述

鹤壁煤化工的气化炉采用典型的膜式水冷壁结构，中压蒸汽汽包(V1304)的水经过中压循环水泵(P1301)强制循环，进入气化炉的膜式水冷壁及换热器，对煤与氧反应产生的热量进行换热。换热后的水和产生的蒸汽返回V1304进行分离，蒸汽被送入合成气冷却器内的中压过热器(E1306)中过热，至400 ℃时送往甲醇中压蒸汽管网。P1301是整个水汽系统的动力源。

2 运行情况及问题处理

在运行过程中，出现过泵出口流量逐渐减少、机械密封泄漏等问题，严重影响P1301的性能，为装置的稳定运行埋下隐患。为了提升泵的整体性能，重新设计冷却水换热及用水，保证泵的冷却水量，同时提高机封水换热效果，使得机械密封性能得到改善。经过控制水质、及时清堵，以及在泵出口止回阀处设计小孔等措施，解决过滤器堵塞的问题。

2.1 P1301运行情况

气化装置有3台中压循环水泵，采用2开1备的模式，泵带有自启联锁，并且泵的出口流量连接带有大联锁。流量低联锁会导致备用泵自启，如果流量过低，一旦触发大联锁值就会造成气化装置停车。因此，P1301的稳定运行对气化炉的安全至关重要。

P1301使用高温高压的锅炉水，经过气化装置加药后，控制其pH值在10.0左右，总碱度为0.30 mmol/L，电导率在15 μs/cm左右，总铁质量浓度为0.04 mg/L，锅炉水水质较为干净。正常运行水温为260 ℃左右，泵体出口压力达到6.0 MPa。泵体采用机械密封形式，使用美国福斯泵公司的技术，泵型号为12HDSH214。电机采用南阳防爆电机，转速为1 460 r/min。密封冲洗水采用自密封形式，高温高压的循环水经过换热器换热后对泵的机封进行润滑、冲洗、冷却。备用泵处于热备用状态。

2.2 机械密封泄漏

P1301的介质水温度超过50 ℃时，水中的钙镁类物质就容易结晶生成水垢[1]。为了防止水中二氧化硅及铁的沉积，会定期对中压汽包进行水质分析，并通过排污阀门进行排放。经研究发现，引起机械密封泄漏主要有介质水结垢、水温以及密封材质、安装质量等因素。本装置中，P1301机封分为驱动端与非驱动端两套，机封动环为SiC材质，机封静环为石墨材质。

拆解并检查泄漏的机封后发现以下问题：动静环的密封面有轻微的划痕；机封动静环的端面间隙不均，有偏磨、磨损不均的情况；密封腔内有些许杂质；长时间的泄漏导致动环座内的“O”型圈有明显碳化现象。结合装置的运行特点及情况，分析机封泄漏的原因有：为了节省检修费用，机械密封采用组装形式，长时间在高温环境下使用，动静环密封端面出现划痕、损伤；弹簧有断裂或者弹性不同的情况，导致动环端面与静环端面的密封面间隙不同；在开车初期，整个水汽系统内的杂质较多，进入密封腔内后，对密封面造成损伤；机械密封部件安装不当，影响密封的寿命和性能[2]；密封水冷却不均、受热不均，机封部件膨胀量不同，导致设备突然启动，机封受损；机封密封水的换热不好，水温偏高；电机轴承故障，出现窜轴严重的情况，使得机封受损。

由于整个煤化工装置改进设备，导致冷却水有所减少，再加上冷却水管道长期未及时清理结垢等原因，P1301的冷却水体积流量由9.5 m3/h降到8.0 m3/h以下，导致换热能力不足。

2.3 处理措施及改进

为了提高机封“O”型圈的耐高温性，动环“O”型圈采用了耐高温(327 ℃)的全氟醚材质，即使暴露在316 ℃的恒温中或343 ℃的高温环境中，密封也不会失效。同时，在与侵蚀性流体的直接接触中，依然能够保持回弹性能。

改进密封辅助管路系统[3](见图1)。在原设计的管路系统中将循环冷却水分出一路引入机封压盖，对机封静环进行冷却，以降低机封端面的温度。

图1 机封压盖增加一路冷却水管线

研究整个系统的水源，经过对比，系统的冷却循环水压力为0.4 MPa，系统的脱盐水压力为1.2 MPa，均在管线的设计压力范围内。针对泵的冷却水单独引入一路脱盐水管线，可以与循环水进行切换，同时脱盐水回到工艺水罐，对其进行补水。当冷却水量不足时，采用脱盐水冷却，以确保运行泵的冷却水量。

P1301采用自密封形式，冷却水走壳程，介质水走管程。原机封水换热器内件(见图2)设计落后，为单层且换热面积小，冷却水的进出口位置同在换热器的端盖上，容易造成冷却水水流短路，引起机封水换热器换热能力不足，对机封的保护能力欠缺，同时远端水流缓慢，易产生结垢，影响换热效果。

图2 原机封换热器内件

针对这种情况，结合现场机封水换热器的结构及管线布置，对其进行改进。依据实际情况，采用效果更好的换热器内件，水管采用双层设计，在两层间增加不锈钢挡板，使得进出口分别位于挡板两侧，以防水流短路(见图3)。此种设计可提高换热效果和对机封的冲洗、冷却效果。

图3 新设计的机封换热器内件

针对电机的窜轴情况，要做到早发现、早解决，及时停机，检查窜轴原因并处理[4]，以防长时间窜轴损坏机封。

3 过滤器堵塞问题处理

经过长时间运行，在开车初期装置会出现泵出口流量逐渐减少的情况，经排查分析，其主要原因为进口过滤器堵塞。对拆开的过滤器进行研究，发现滤网上有一层杂质，经分析化验后认定其主要成分为铁。汽包在投用前需进行煮炉，目的是剥落管壁上的小片锈皮，形成氧化物保护膜(Fe3O4)，从而保护管壁，防止老化腐蚀。此时水中杂质含铁多，就需要对水质加强检测分析，如果铁含量较高，就需要再次进行煮炉。如对水质的控制不够严格，pH值偏低，以及在水温较低的情况下，会导致铁沉积，堵塞过滤器。

在泵的出口止回阀上开1个DN10的小孔(止回阀尺寸DN600)，让出口总管内的高压水经过小孔反冲洗，可减少进口过滤器杂质的集聚，同时也对备用泵起到热备用的效果。

4 设备日常维护

P1301始终处于2开1备状态，为了保障其可靠性和良好的使用性，必须加强日常维护。

加强对两侧轴承箱油杯油位及油质的检查，发现缺油要及时补充。发生异常的油损耗及油质变化时，要及时倒泵，停机检查问题泵，确定原因并更换润滑油。加强运行泵的平稳性及震动情况的检测，发现异常及时停机处理。定期对备用泵进行盘车，并定期启动，确保其能随时投入使用。

5 改造效果

通过一系列性能提升改进及优化措施，冷却水体积流量由7.8 m3/h提高到了9.0 m3/h以上。机封水经换热器换热后，其温度由46 ℃左右降低到37 ℃左右，换热效果明显。机封的使用情况明显好转，特别是经历开停车及倒泵后，目前未出现机械密封泄漏，泵流量减少及进口滤网堵的情况明显减少，达到了预期效果，大大提高了设备备机稳定性，提升了P1301的性能，同时也减少了设备的检维修费用。

6 结语

结合多次机封泄漏及泵出口流量减少处理经验，通过对机封本体配件、机封水换热器以及冷却水源进行改造，使得P1301的机封性能得到了较大提升。通过对泵出口止回阀增加小孔，实现了防堵及热备用的目的，为装置的安全稳定长周期运行打下基础。