SE-东方炉集中供粉故障原因及应对措施探讨

＊秦明林

（中安联合煤化有限责任公司 安徽 232090）

1.流程简介

中安联合煤化有限责任公司气化装置采用中石化和华东理工大学共同开发的1500t/d型单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术（以下称SE-东方炉）。粉煤的气力输送作为气体输送的重要应用领域，受到了国内外研究人员的广泛关注[1-11]，本装置磨煤制粉单元设置7套磨煤系统（5开2备），如图1所示。北框架4套磨煤系统+南框架3套磨煤系统，分别在南北边设置两个集中制粉站收集磨煤制粉单元的煤粉，每个集中制粉站采用气力输送向煤粉储罐输送煤粉，集中制粉站底部各设置4个仓泵，通过仓泵实现向任一气化系列供给粉煤；1#～7#仓式泵向对应的1#～7#气化系列的粉煤储罐输送煤粉；同时，1#与5#泵，2#与6#泵，3#与7#泵之间互设跨线，为了降低输送系统的故障率以及有利于磨煤单元的连续运行，在1#仓式泵出口设置一条输送线送至5#、6#、7#气化装置的粉煤储罐1025～27-V-1201供粉，在8#仓式泵出口设置一条输送线送至1#～4#气化装置的粉煤储罐1021～24-V-1201供粉。

图1 煤粉制备及输送系统

2.仓泵顺控简述

以1号仓泵为例，如图2所示。在仓泵系统启动循环后，排气圆顶阀1011XV0403与入口圆顶阀1011XV0402同时打开，煤粉在重力的作用下落入泵内，落料过程中排气圆顶阀打开，以使泵内的空气能够排出，30s延时后或出现高料位信号入口圆顶阀1011XV0402和排气圆顶阀1011XV0403都关闭，当入口圆顶阀和排气圆顶阀都关闭后，输送气阀1011XV0405打开输送低压氮气进入泵内，当泵内压力大于0.07MPa后，出口圆顶阀1011XV0404打开，煤粉将被输送至输送管道中，然后到各系列粉煤储罐中，当输送压力降至0.03MPa后，显示仓泵输送煤粉完毕，输送圆顶阀1011XV0404关闭,管道吹扫阀1011XV0406与排气圆顶阀1011XV0403同时打开15s，输送结束。而实际运行过程中仓泵多次出现阀门故障、平衡线及输送管线堵等情况，严重时气化炉需降低负荷运行，甚至停车处理。

图2 1号仓泵流程图

3.仓泵故障原因分析

(1)仓泵阀门故障

①仓泵圆顶阀简介

仓泵圆顶阀是仓泵输送系统中重要控制阀门，仓泵圆顶阀包括阀体、扇形气缸、气路开关、气控箱（电磁阀、两位五通阀、压力开关等）构成，特设置22台管道转向阀，具体分布如下：

表1

②圆顶阀的动作原理

如图3所示，电磁阀接收来自DCS的DO点开关信号，输出的气控信号控制2位5通气控阀4的控制端，当阀门关闭时气缸1端通过2位5通气控阀排气，气缸2端由2位5通气控阀进气，活塞推动阀杆旋转，带动阀位挡板动作，阀门限位开关3受压产生位移，气源压力通过3送至压力开关5、就地压力表6和阀体内部的密封圈（在阀芯和阀座之间形成软密封，保证阀门无泄漏），压力开关设定的压力信号为0.7MPa,当压力达到0.7MPa时，压力开关输出接点信号至DCS顺控逻辑，作为时序下一步的触发条件，程序得以正常运行。

图3 圆顶阀的动作原理

当阀门打开时气缸1端通过2位5通气控阀进气，气缸2端通过快排阀排气，活塞推动阀杆反向旋转，带动挡板远离阀门限位开关3，同时密封圈和压力开关内的压力通过阀门限位开关3迅速排气。

③故障现象及原因

仓泵出口第一道切断阀XV0404出现阀门不动作、阀体密封气囊破裂漏粉、反馈与实际关状态不符的情况，进料阀XV0402无法动作，平衡线阀XV0403出现无法动作，输送管线切断阀XV0408/0409/0410/0411A/B出现无法动作、反馈与实际关状态不符的情况。2020年共更换气囊出现53次。

密封气囊工作压力在0-700kPa之间，气囊在阀开关时处于充泄压状态，尤其是仓泵出口圆顶阀XV0404，XV0404开关频次≥20次/小时，且有煤粉高速冲刷，气囊材料疲劳破裂，从而煤粉由仪表快排阀排气口漏出，造成粉煤泄漏；同时由于XV0404/XV0408/0409/0410/0411A/B等阀采用密封气囊压力＞600kPa作为该阀的关反馈信号，气囊破裂后，气源压力就通不过3送至压力开关5，导致阀门出现出现无法动作、反馈与实际关状态不符的情况。

(2)仓泵泄压管线堵的现象及原因分析

仓泵泄压管线堵的现象是圆顶阀XV0403阀打开无法均压，导致仓泵顺控停止在第1步，仓泵无法与粉煤仓连通，造成收料困难。由于该放空线连接着微正压的煤粉仓V1104，严禁压力＞0.1MPa向V1104泄压（防止爆破片损坏），因而低压力无法吹通，只能割管线人工清理；2020年共出现35次。

仓泵泄压管线堵主要有以下三点：第一，磨煤系统露点高，原煤水含量较高，放空量、氮气补入量一定，磨煤系统露点升高，煤粉易结块，仓泵通过放空线均压时带入煤粉残留于放空线中结块，从而堵塞放空线；第二，仓泵放空线的设计在弯头处有一限流孔板，此设计增大了放空时带入的煤粉集聚；第三，放空管线只有保温，在仓泵停用后，未进行多次吹扫排尽仓泵内粉煤，随着煤粉温度的下降，煤粉结块从而导致输送管线堵塞。

(3)仓泵至粉煤储罐输送管线堵塞

仓泵至粉煤储罐垂直距离40m，水平距离最短30m，最长约70m，在仓泵输送的过程中，设定仓泵充压至0.07MPa开始打开仓泵出料阀XV0404，向气化单元粉煤储罐输送煤粉，在低于0.03MPa时。在仓泵单次输送煤粉超过5t/次或仓泵出现故障后，上一次煤粉没有完全输送至粉煤储罐时，此现象尤为常见。

仓泵至粉煤储罐输送管线堵塞主要有以下三点原因：第一，仓泵在充压管线有减压阀，减压阀中弹簧不稳定，有时弹簧自动回至原位，致使输送时气量过小，煤粉在管道上堆积，导致管道堵塞；第二，仓泵单次输送量过大，仓泵每次输送在垂直管道有残余煤粉，导致管线堵塞；第三，仓泵在上次使用后，未及时进行空跑吹扫，管道内残余煤粉结块。

(4)停用仓泵安全风险巨大

仓泵在停用期间，由于系统内存在残余煤粉，仓管圆顶阀使用仪表风作为气源，在气囊破损初期不易发现，仪表风通过气囊进入管道内，致使仓泵内的粉煤发生自燃，甚至爆炸事故。

4.应对措施

(1)仓泵圆顶阀改造

第一，将圆顶阀回讯气路增加减压阀和快排阀，利用减压阀把回讯气路压力由0.6MPa降至0.3MPa，以延长气囊的使用寿命，利用快排阀把气囊串入回讯气路中的煤粉排出，减少煤粉对气控回路仪表设备的影响，降低气控回路仪表故障卡涩的机率；第二，通过更换更材质更好的橡胶气囊，延长使用时间；第三，根据气化单元用煤量优化仓泵顺控时间，从而延长阀门密封气囊寿命；保证备用仓泵可用，同时加强巡检监控，提早发现异常，提早处理，避免影响气化用煤。

(2)仓泵泄压管线改造

第一，增大低压氮气的补入量，将各系列磨煤补氮阀增大降低循环风系统露点，减少煤粉的聚集；第二，将平衡线弯头处限流孔板改至直管段，以降低煤粉的集聚；第三，规范停车操作流程，各系列仓泵停用后，首先关闭XV0402上部插板阀，进行多次顺控空跑，排尽残余粉煤；第四，将平衡线管线改为3节短管，以方便拆卸清理。

(3)仓泵至粉煤储罐输送管线优化操作

第一，更换稳定性更好的减压阀，保证输送时气量大而稳定，使煤粉在管道上不堆积；第二，通过控制仓泵进料阀XV0402前手阀的开度控，使单次输送量稳定在4t/次以下；第三，仓泵停用后，进行多次顺控空跑，排尽残余粉煤。

(4)新增备用仓泵

虽然仓泵在设计中也考虑了备用仓泵问题，但在实际生产过程中，当5台气化炉同时满负荷生产运行时，仓泵出现问题后，短时间内（2h）一个仓泵向两个运行系列输送粉煤时只能保持两个系列的75%负荷，在长时间故障后，由于粉煤仓V1104对应的系列煤粉供量不足，必须进行磨煤系列的切换，增加了运行成本。而每个仓泵新增一个备用仓泵，就能避免因仓泵故障而引起磨煤系列的切换。

(5)对仓泵气源进行改造

由于仓泵长时间检修，煤粉不易完全清除系统，从着火三要素，可燃物、点火源、助燃物分析，将仓泵气源由仪表风改为低压氮气，即使仓泵长时间不用，其系统内也为惰性环境，从而避免煤粉的自燃。

5.集中制粉站爆破片损坏分析

为避免集中制粉站煤粉自燃和粉尘爆炸，集中制粉站在微正压条件和惰性气体环境下操作。集中供粉站在顶部设置了氧气、一氧化碳在线分析仪、爆破片，氧气、一氧化碳分析仪实时监测制粉站惰性情况，而爆破片防止煤粉仓超压，在仓泵运行停用后，由于仓泵充压阀存在内漏，仓泵压力会缓慢升高，当再次启用时，由于排气圆顶阀1011XV0403与入口圆顶阀1011XV0402同时打开，仓泵中气体携带煤粉集中进入供粉站导致瞬时超压，致使爆破片破损，使一个框架被迫停车，给生产带来巨大影响。为防止此事件的发生，每次启动仓泵前，先打开圆顶阀出口阀XV0404，使仓泵压力向下游泄压，避免了集中供粉站收到冲击。

6.结束语

集中供粉依靠仓泵输送，而仓泵系统控制系统并不复杂，但管线多、阀门多，从而异常点多，影响仓泵的长周期稳定运行。仓泵系统的问题就主要集中在阀门故障及管线堵塞上，但本装置采用集中供粉，仓泵关系着气化炉的煤粉供应，所以使得这些看似简单的问题变得非常急迫，一旦长时间无法解决，气化炉就得降负荷运行，更严重时就导致气化炉停车处理。解决仓泵系统的问题，就解决了气化炉的“粮食”问题。