浅谈煤直接液化进料泵吸入球阀磨损原因及改善措施

    煤液化进料泵是煤直接液化的核心设备之一，也是煤直接液化重点引进的德国乌拉卡高压泵。它是将油煤浆从0.5MPa升压到20.1MPa的水平布置五缸单作用固定排量往复泵，其输送的油煤浆温度在160℃左右。油煤浆进料泵在运行中经常出现吸入口球阀、阀座不均匀磨损现象，这给煤直接液化的高负荷平稳运行带来了不少困难。如图1所示。下面来分析一下油煤浆进料泵（下文都将简称进料泵）吸入球阀和阀座磨损的原因及解决方案。

图1 油煤浆进料泵泵头示意图

    1 原因

    引起进料泵吸入口球阀主要有入口集合管中油煤浆的沉积造成的。以下主要讨论入口集合管沉积的原因以及其如何造成吸入口球阀磨损。

    进料泵集合管管径大（DN600mm）并水平布置，由于油煤浆属于固液混合物料，在流动中遵守幂律流体规律，所以属于层流。由流体力学的知识知道：在水平管路中油煤浆在管壁粘滞阻力大于流体的惯性力，所以油煤浆在集合管管壁的流动速度远远小于管路中间的流动速度，进而造成油煤浆在集合管壁部逐步沉积。由于油煤浆长时间的沉积使得集合管内壁的沉积物越来越厚，导致其内壁粗糙度就越来越大，在粗糙的沉积物表面油煤浆流动阻力就变大，更利于油煤浆的沉积。油煤浆在集合管内壁上逐渐沉积，其内壁上方所沉积的油煤浆在重力的作用下掉落，（入口膨胀节对油煤浆的吸入也可以防止其在上壁的沉积）在集合管内壁下部则越积越厚。由于集合管中油煤浆的温度在160℃左右，所以其中的沉积物料在高温环境中慢慢蒸发，此时沉积的油煤浆中轻组分逐渐变成油气逃逸出去。另外这些沉积物在重力的作用下越压越实，在靠近集合管内壁最下部的油煤浆首先开始变硬，这些变硬的油煤浆沉积物随着沉积物厚度的增加而逐步变厚，这样恶性循环最终导致集合管的沉积物占据了集合管的大部分空间。

    油煤浆的浓度也能造成集合管的沉积。油煤浆的浓度过稀容易造成其在管线里面的沉降尤其在集合管里面的沉积；油煤浆的浓度多大可以导致其粘度变大，管线中的油煤浆变稠，管路阻力变大，既可以造成进料泵的负荷增大也可以导致集合管的沉积。

    集合管中油煤浆流动空间由于沉积物的增加变小后，其吸入的油煤浆就会减少，由《往复泵》可知，在五列单作用往复泵的瞬时流量曲线图中可以看出，在任何时间内至少有俩列缸同时在吸液，在集合管沉积所留空间不大的情况下，可能有某一列吸入不足，（假如集合管油煤浆很少时，某一列或俩列出现油煤浆吸入不足的现象）从而导致缸头各吸入口“抢量”，使得某列进料量变小。如图1所示，油煤浆吸入不足的那列通过入口膨胀节将油煤浆吸到吸入球阀之前，由于不是满管流，所以只有附着在摩擦力较大的管壁上的那部分油煤浆才能向上流动，即油煤浆发生了偏流。正常情况下，满管的油煤浆作用在吸入球阀上，作用力是均匀的，可以使球在一定的距离内做旋转运动，且表面均匀磨损，及使球阀变小也还能起到密封作用。当油煤浆吸入量变小时，其流动方向就发生了改变，油煤浆只在某一个或俩个方向冲击球阀和阀座才能进入缸体，这个冲击力不大，只将阀球抬起某一微小高度，但是阀球没有受到足够大的力使其发生旋转，所以始终保持一个或俩个面被油煤浆冲击。如果吸入球阀和阀座长时间在油煤浆的不均匀的冲刷下，阀座和球阀之间的密封面就被油煤浆中的颗粒物磨损。油煤浆在出口高压力作用下泄露点反复被冲刷，导致泄露点越来也大，最终其出口压力和流量也出现大幅波动。

    2 解决方法

    从分析上面的原因可以知道，进料泵吸入口球阀和阀座的不均匀磨损主要是由于其集合管的油煤浆沉积导致集合管大部分空间被占据引起的。所以只要解决了集合管内油煤浆的沉积也就把吸入口球阀、阀座不均匀磨损的问题解决了。那么怎样减少集合管的沉积呢？¹降低管线的粗糙度，但是这样是要增加设备的制造成本，所以这里不在讨论；º可以将入口膨胀节的位置进行适当的调整，将其安装在集合管的下方。如果将膨胀节安装在集合管的底部，膨胀节的吸入能改变油煤浆在集合管中的流动状态，这样就能大大减少油煤浆在集合管底部的沉积并使得进料泵吸入口球阀磨损均匀；»给进料泵入口集合管的排污线上加连续冲洗油线，这样可以减少集合管的沉积；¼当进料泵停泵时必须要用冲洗油进行彻底的冲洗，防止管线中的油煤浆沉积；½尽量控制油煤浆的粘度使其不要波动太大，因为太稀或太稠都可能导致油煤浆的沉积。

    3 总结

    油煤浆进料泵比起一般往复泵要复杂的多，再加上其运送的是含固的油煤浆，所以在设备的操作和维护方面要更加精心细致，只有这样才能让进料泵更好的为煤直接液化发挥作用。