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鎖斗循環(huán)泵改造措施及原理分析

文檔作者：李洪鋒沈彬陸鵬文檔來(lái)源：萬(wàn)華化學(xué)(寧波)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月17日
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GM堞化工專題
【摘要】通過(guò)改變鎖斗循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)，解決其出口管路球閥頻繁泄漏造成的氣化爐異常停
車問(wèn)題，在消除生產(chǎn)隱患的同時(shí)也顯著降低了設(shè)備運(yùn)行能耗。以較低的改遣費(fèi)用取得了良好的運(yùn)行效
果，本文從專業(yè)角度對(duì)這一改造原理做了詳細(xì)闡述。
【關(guān)鍵詞】鎖斗循環(huán)泵泄漏揚(yáng)程節(jié)能改造
萬(wàn)華化學(xué)(寧波)有限公司(浙江284766) 李洪鋒沈彬陸鵬
一，前言
水煤漿氣化爐鎖斗循環(huán)泵(以
下簡(jiǎn)稱泵)是煤化工行業(yè)中原料氣
氣制備裝置的重要設(shè)備，其作用是
將鎖斗上部經(jīng)沉淀后的灰水(灰渣
含量約0．5％)加壓送往氣化爐底
部，然后將灰渣沖入鎖斗進(jìn)行間斷
排出，如此循環(huán)往復(fù)。該泵為臥式
單級(jí)單吸離心結(jié)構(gòu)，泵入口壓力
6．7MPaG，轉(zhuǎn)速2 980“min，配套
電動(dòng)機(jī)功率30kw，3臺(tái)氣化爐均按
一開一備配置，共配置6臺(tái)。該泵
簡(jiǎn)化流程如圖l所示。
系統(tǒng)投產(chǎn)后半年左右，其中
2臺(tái)泵相繼發(fā)生出口管道球閥閥體
泄漏事故，現(xiàn)場(chǎng)泄漏情形如圖2所
示。盡管通過(guò)帶壓堵漏做了應(yīng)急處
理，但由于該閥內(nèi)壓力7．3MPaG，
且其與氣化爐之間管道沒(méi)有設(shè)置切
斷閥，故障停爐風(fēng)險(xiǎn)依然很高。據(jù)
了解國(guó)內(nèi)多家煤化工企業(yè)都曾發(fā)生
過(guò)出口閥門或其后部管道泄漏造成
的氣化爐停車事故。
GM雹用棚誓
www．e蜘x．com 2016年第10期
圖1泵簡(jiǎn)化流程
圖2現(xiàn)場(chǎng)泄漏
=，具體工作開展
1．閥體泄漏原因分析
該閥門為硬密封球閥結(jié)構(gòu)，其
正常運(yùn)行開度如圖3所示。對(duì)拆卸
下來(lái)的球閥做解體檢查，并未發(fā)現(xiàn)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材錯(cuò)誤，零部件沒(méi)有
明顯質(zhì)量缺陷。泄漏部位斜對(duì)著閥
球開啟方向，其周圍閥體壁厚呈均
勻漸進(jìn)狀減薄，判斷為含渣灰水長(zhǎng)
時(shí)間高速?zèng)_刷累積所致。經(jīng)向操作
人員詢問(wèn)，自投用之初泵的出口球
閥就保持如此開度，繼續(xù)開大會(huì)造
圖3閥門運(yùn)行開度
1：!'
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
成電動(dòng)機(jī)超電流跳車，且此開度下
泵的流量剛好滿足運(yùn)行要求。
通過(guò)整理現(xiàn)場(chǎng)收集到的信息，
形成閥體泄漏原因分析如下：
閥門開度減小一閥球前后壓差
增大一閥通道介質(zhì)流速增加一閥體
泄漏
介質(zhì)含灰渣0．5％一具有較強(qiáng)沖
刷性一閥體泄漏
在上述分析原因中，灰水介質(zhì)
的灰渣含量很難降低，所以只能從
閥門開度入手解決閥體沖刷泄漏問(wèn)
題。由流體力學(xué)可知，如保持閥門
通過(guò)的流量不變，要增大其開度，
需降低閥門前后壓差，因此泵的揚(yáng)
程需相應(yīng)降低。
揚(yáng)程降低多少才能使閥門全開
且流量剛好滿足工藝需求呢?利用
離心泵的相似原理做了如下試驗(yàn)。
2．試驗(yàn)測(cè)試
通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)找到出
口閥全開，且工藝生產(chǎn)所需灰水流
量不變情況下對(duì)應(yīng)的泵實(shí)際轉(zhuǎn)速及
其對(duì)應(yīng)的消耗功率，任選一臺(tái)備用
泵，在電氣專業(yè)配合下安裝臨時(shí)變
頻器進(jìn)行調(diào)速測(cè)試。
(1)測(cè)試過(guò)程為保證測(cè)試結(jié)
果的真實(shí)性，切換測(cè)試泵至在線運(yùn)
行狀態(tài)，初始頻率設(shè)定為50Hz，調(diào)
節(jié)出口閥開度至工藝需求流量。先
降低電源頻率5％，然后逐漸增大
出口閥開度，至出口管道流量計(jì)示
值恢復(fù)到指標(biāo)值。
按此步驟重復(fù)操作，直到出口
閥全開為止。
(2)試驗(yàn)結(jié)果最終變頻器
顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 260“min，電流
7．8A。
3．改造措施
為最大程度降低采購(gòu)和運(yùn)行成
GM蔗化工專題
本，本次改造并沒(méi)有簡(jiǎn)單地將變頻
器接入系統(tǒng)，而是采用了更換低轉(zhuǎn)
速電動(dòng)機(jī)和切割葉輪兩種方式的組
合。
(1)新電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定首
先，確定電動(dòng)機(jī)功率。
測(cè)試時(shí)30kw電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗
的功率為
P=30．5U，cos∞=1．732×380×
7．8×0．87／1000=4．87kW (1)
中小功率離心泵配套電動(dòng)機(jī)功
率裕度為1．15倍，那么
4．87×1．15=5．14kW
綜合上述因素，按電動(dòng)機(jī)的
規(guī)格系列查表，選取電動(dòng)機(jī)功率為
5_5kW。
其次，確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。查
電動(dòng)機(jī)的規(guī)格系列表，與測(cè)試結(jié)
果相近的轉(zhuǎn)速為975“min和1 450“
min。因后者更接近，因此確定新
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 450r／min。由此增
加的泵揚(yáng)程，則通過(guò)葉輪直徑切割
進(jìn)行補(bǔ)償。
第三，確定葉輪直徑。根據(jù)離
心泵第二相似定律
日I／月j=(，ll／，12)2(Dl／D2)2_r7 l／，7 2
(2)
改造后與測(cè)試時(shí)泵揚(yáng)程需保持
一致，而葉輪直徑在小范圍內(nèi)調(diào)整
對(duì)泵效率的影響可以忽略，因此上
述公式可簡(jiǎn)化為
nlDl=，12D2 (3)
原葉輪直徑D，=292mm，因此
D2=254mm。
綜合考慮泵運(yùn)行周期內(nèi)的葉輪
直徑會(huì)受沖刷減小以及葉輪實(shí)際水
力性能偏差等因素，最終將直徑修
正為260mm。采用線切割方式切
削，并重新校驗(yàn)動(dòng)平衡。
按上述選型結(jié)果購(gòu)置新電動(dòng)
機(jī)，型號(hào)為YBX2一132S一4。
自行測(cè)繪、制作與原電動(dòng)機(jī)底
座配套的新電動(dòng)機(jī)底座，重新制作
電動(dòng)機(jī)側(cè)半聯(lián)軸節(jié)。由于30kw與
5．5kw電動(dòng)機(jī)電纜直徑差別較大，
原電纜無(wú)法接入新電動(dòng)機(jī)接線盒，
現(xiàn)場(chǎng)借用了電源轉(zhuǎn)換箱。
改造后兩種電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比如
圖4所示。
圖4改造后電動(dòng)機(jī)
4．改造原理分析
由圖l可知，氣化爐、鎖斗、
泵及管道等組成了一個(gè)連通器系
統(tǒng)，理論上講，要維持介質(zhì)循環(huán)流
動(dòng)，只需克服系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)阻力，
即沿程阻力及局部阻力之和。在泵
設(shè)計(jì)選型時(shí)，只有明確了系統(tǒng)流動(dòng)
阻力，才能準(zhǔn)確確定其揚(yáng)程值。為
了得到灰水在系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力，
改造中沒(méi)有采用繁瑣的流體力學(xué)計(jì)
算公式，而用了一種較為簡(jiǎn)便的方
式，即系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)阻力與泵的揚(yáng)
程相等，而泵的揚(yáng)程通過(guò)其入口、
出口壓力及介質(zhì)密度可計(jì)算出來(lái)，
其過(guò)程不再贅述，經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際
所需揚(yáng)程為9．8m。
設(shè)計(jì)院出具的該泵數(shù)據(jù)表?yè)P(yáng)程
為77m，接近實(shí)際值的8倍，多出
來(lái)的揚(yáng)程其實(shí)就是導(dǎo)致出口閥門開
：嘶糊嗍黑勰121 2016年第10期Ⅵww．e功x．com；●乙●
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
度變小及電耗升高的根本原因。
根據(jù)設(shè)計(jì)值，改造前、改造后
運(yùn)行幾種工況繪制出的曲線如圖5
所示。圖中：
L，：根據(jù)設(shè)計(jì)院數(shù)據(jù)表得出的
管路特性曲線。
L：：泵出口閥開度20％時(shí)的管
路特性曲線。
L3：泵出口閥100％時(shí)的開度
管路特性曲線。
(Q一日)1：泵2 980r，min對(duì)
應(yīng)的流量一揚(yáng)程曲線。
(Q—日)2：泵1 450r／min并
葉輪切割后對(duì)應(yīng)的流量一揚(yáng)程曲
線。
M：泵數(shù)據(jù)表理論工作點(diǎn)。
Ⅳ：改造前泵實(shí)際工作點(diǎn)。
P：改造后泵實(shí)際工作點(diǎn)。
圖5改造前后泵運(yùn)行曲線圖
注：現(xiàn)場(chǎng)泵安裝位置距離氣化爐底部垂直
高度約28m，對(duì)應(yīng)圖中的凰點(diǎn)．猜測(cè)可能是
設(shè)計(jì)院將這段高度計(jì)入泵的揚(yáng)程，否則很難
想象77m設(shè)計(jì)揚(yáng)程的由來(lái)。而實(shí)際上這28m僅
是連通器系統(tǒng)一部分，并不影響泵揚(yáng)程值的
確定。
根據(jù)離心泵軸功率公式知，
日．ⅣQ。D圍成的面積表示改造前的
電耗，日2PQ，0圍成的面積表示改
造后的電耗。因此，圖中陰影部分
面積即表示了實(shí)際節(jié)省的電耗。
次改造取得了良好效果：
1)實(shí)現(xiàn)了泵出口閥門全開操作，改造后閥門及管路再未發(fā)生過(guò)泄漏，
消除了氣化爐異常停車的一大隱患。
2)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流從48．5A降到7．6A，節(jié)電率達(dá)84．3％。按2臺(tái)泵運(yùn)行
計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)23萬(wàn)元，年。
3)設(shè)備轉(zhuǎn)速降低一倍，其運(yùn)行噪聲、振動(dòng)、溫升等參數(shù)明顯降低，泵
及電動(dòng)機(jī)故障率大幅降低，每年節(jié)約維修費(fèi)用9．2萬(wàn)元。
4)泵實(shí)際運(yùn)行流量達(dá)到設(shè)計(jì)值的172％，增強(qiáng)了氣化爐排渣沖洗效
果。
5)改造技術(shù)門檻低，投資回收期僅1．5個(gè)月。
改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見下表。
改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比表
四，存在問(wèn)題
當(dāng)初為降低改造費(fèi)用，每套氣化爐系統(tǒng)只改造1臺(tái)泵，流量55m‰，無(wú)
法進(jìn)一步調(diào)高。2015年3月，工藝上因特殊需求將氣化B爐備用鎖斗循環(huán)泵
(配套30kw電動(dòng)機(jī))投入運(yùn)行，通過(guò)控制出口球閥開度25％，使得流量在
80m3／h左右，運(yùn)行不足一個(gè)月即發(fā)生出口管路球閥閥體泄漏，因帶壓堵漏失
m)敗發(fā)生一次意外停爐事故。
這次事故表明，有必要保留該泵更大的流量調(diào)節(jié)范圍來(lái)應(yīng)對(duì)工藝上的
特殊操作需求。目前現(xiàn)場(chǎng)3臺(tái)配套功率30kw電動(dòng)機(jī)的備用泵已完成變頻操
作改造，控制效果良好，流量完全滿足生產(chǎn)需求。
五．結(jié)語(yǔ)
國(guó)內(nèi)水煤漿氣化行業(yè)普遍存在鎖斗循環(huán)泵揚(yáng)程裕量設(shè)計(jì)值過(guò)大甚至錯(cuò)
誤的問(wèn)題，由此造成的泵出口閥門及管道沖刷泄漏并致使氣化爐停車事故
時(shí)有發(fā)生，而且運(yùn)行中電能浪費(fèi)顯著，流量低也不利于灰渣沖洗排放。通
過(guò)此次改造，為此類設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行找到一條途徑，值得同行業(yè)借鑒參考。
參考文獻(xiàn)
三、改造效果【1】張文鋼，黃劉琦．水泵的節(jié)能技術(shù)【M】．上海：上海交通大學(xué)出版社，20lo
通過(guò)3年的連續(xù)運(yùn)行，證明本【2】張克危．流體機(jī)械原理【M】一匕京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．GM
(收稿日期：2016／09／13)
GM最用柵■
www．e蜘x．com 2016年第10期
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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