两种高压煤浆泵的比较.docx

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两种高压煤浆泵的比较

两种高压煤浆泵的比较

我公司生产装置的气化车间采用对置式四喷嘴气化炉水煤浆加压气化工艺。

该气化炉工作压力为4.0MPa。

气化炉的高压煤浆是由高压煤浆泵提供的。

高压煤浆泵在工艺流程中的作用是抽取煤浆槽V1201的水煤浆，加压至6.0MPa经新型预膜外混式烧嘴（X1301）雾化后进入气化炉燃烧生成合成气。

高压煤浆泵对水煤浆加压气化是非常重要的设备，公司采用2种类型的高压煤浆泵，其中一种为FELUWAPumpen制造的、型号为GL200／200—2K160-4SM460HD的双作用软管隔膜往复式泵；另一种为WeirNetherlandsb.v，公司制造的、GEHOPUMS型号为ZPM700的活塞式隔膜泵。

通过实际使用说明，FELUWAPumpen产品优于GEHOPUMS。

1  工作原理.

  2种类型的高压泵的工作原理基本相似，都是使输送介质与活塞不直接接触，而是由一个橡胶隔膜将其隔开，这样设计将泵的易损件数量降到最少。

  GEHOPUMS电机带动减速机，减速机通过齿式联轴器推进齿轮副转动，齿轮副的大齿轮与曲轴连为一体，曲轴上的连杆与同活塞杆相连的十字头相连，这样曲轴的旋转运动就可转化为活塞的往复运动，从而完成液力端的抽吸及排出煤浆过程。

推进液系统通过监测杆对隔膜行程的监测，然后把信号送给PLC，由PLC控制补排油。

保证泵常运行。

  FELUWAPumpen由V形皮带推进器和减速箱的减速作用，使得电机转速降低到冲程齿轮箱的传动速度。

冲程和减速组合箱将旋转运动转换为往复运动，然后将速度降低到活塞所需的冲程次数。

活塞在气缸作往复运动，排出大量的液压油，从而带动隔膜移动。

随后通过活动的液体激活泵软管变形。

活塞向前运动时，挤压泵的软管，通过软管收缩排出其中的煤浆，且不断用泵膜片将隔膜和泵软管之间的传动液体与活塞和隔膜之间的液压油分离；活塞向后运动时，前泵压头隔膜向抽吸，而泵软管则恢复其原形，即圆柱形，这样该泵头就会产生真空，从而使煤浆从阀门底部（吸入口）流入泵软管。

在活塞前向冲程期间，液压油将隔膜向前推动，传动液体以活塞排出的液体量挤压泵软管，从而迫使煤浆通过压力阀流入垂直总管。

活塞每个冲程液压油都通过机械控制补排1次。

2  开停车操作比较

  FELUWAPumpen操作简单方便，但开车前应检查曲轴箱、减速机箱、推进液贮油箱液位；泵出口软管隔膜缓冲器蓄能器氮气压力是否在5.6MPa，入口软管隔膜缓冲器蓄能器氮气压力是否在0.1MPa；检查各压力表指示是否正常；检查润滑油滤网前后阀门是否打开，旁路阀是否关闭。

然后再确认管线是否畅通，打开煤浆槽底部的放料阀和煤浆给料泵入口管排放阀，有煤浆排出，则管线畅通，然后关闭两阀；如果不通，要进行冲洗。

一切正常后就可以启动泵。

启动泵前应先等变频器运行后启动润滑油系统、主电机打清水循环，然后等切换煤浆后打远控，由控制式控制，这样FELUWAPumpen便开车成功。

而GEHOPUMS开车操作比较复杂，开车前的检查与FELUWAPumpen基本相同。

启动前先送上电，然后启动润滑油系统、推进液系统。

再进行工艺处理：

开泵吸入管线上冲洗水阀向泵注入新鲜水；当隔膜室充满水后，关闭泵出口导淋阀；打开隔膜室推进液端排气阀对推进液端进行排气；将推进液泵投自动状态，给、排油投自动状态，观察推进液压力在0.5～1.0MPa围且稳定时，手动按下PLC控制箱上“推进液供给”按钮，向隔膜室补入推进液，同时还要注意油箱油位，油位下降要及时补油。

当4个隔膜室推进液排气管排出的推进液无气泡且PLC控制箱上4个补油指示灯全部熄灭时，关闭推进液排气阀，稍开泵出口导淋阀；对泵进行手动盘车；盘车过程中当发现有补油指示灯亮时，暂停盘车，等该补油灯熄灭时继续盘车；继续盘车当确认控制箱上再无补油灯亮时，停止盘车，关闭泵出口导淋阀，工艺处理结束。

然后再启动主电机打清水循环，等待切换煤浆后打远控，由控制式控制。

相比较，FELUWAPumpen没有烦琐的工艺处理操作简单，员工劳动强度轻。

停车时2种泵没有什么区别。

3  泵的结构比较

3.1  隔膜缓冲器的不同  

由于往复式泵随着活塞的周期移动，泵的输送压力和流量呈周期波动，为了补偿脉动输出和平稳压力峰值，两类泵都设置隔膜缓冲器。

设置隔膜缓冲器同时还可以防止泵及周围产生振动和噪音，最大限度降低泵及齿轮箱的磨损，保护测量仪表，防止阀法兰螺纹连接处的泄漏，避免NPSH低时产生气蚀。

  GEHOPUMS的隔膜缓冲器是由隔膜缓冲罐、GEHO隔膜脉动挡板及相应的附属部件组成。

GEHOPUMS是隔膜缓冲器通过GEHO隔膜脉动挡板把输送的煤浆和氮气隔开，当输送压力达到峰值或有过多的煤浆流量出现时，GEHO隔膜脉动挡板在煤浆上面被压缩而在泵的吸入冲程被释放出来，然后煤浆又回到排出管，因而相应地使脉冲降低到了最小程度。

  FELUWAPumpen是FELUWA软管隔膜脉冲缓冲器，它是由软管隔膜脉冲缓冲器、气囊式储能器及储能器自动充气装置。

脉冲器的连续充气通过泵头上的置活塞压缩机来实现。

这样就可保证吸入口和排出口压力流量更稳定，更好地起到对泵的保护作用。

3.2  进出口的单向阀

  GEHOPUMS只有1只锥形带弹簧的单向阀，由弹簧的变形决定阀门的行程。

这种阀门行程相对FELUWAPumpen的单向阀行程大，容易在阀门处沉积煤浆，在阀门处卡的可能性比较大。

而FELUWAPumpen采用盒式设计，进出口单向阀是带球面阀阀球挡杆，而且是采用双阀门带软密封的球阀，确保了几乎气密的密封，软密封的挤压提供了金属座外的辅助密封。

不但密封效果好，同时还更有效地防止大颗粒沉淀在阀门处而卡住单向阀。

FELUWAPumpen即使煤浆大颗粒卡在一个单向阀处，但另一单向阀还可以工作，不至于停车检修。

在公司试车阶段，2台GEHOPUMS都出现煤浆大颗粒卡住单向阀的情况，只得拆开单向阀对进出口进行冲洗。

另外，在系统运行期间由于细铁丝进入GEHOPUMS，在泵的入口单向阀处卡住，使泵不打量而引起系统跳车。

FELUWAPumpen单向阀盒式设计可借助顶丝很容易把阀门拆除，公司在安装FELUWAPumpen的阀门声学监测器拆除单向阀时比拆开GEHOPUMS的单向阀劳动强度小，且用时间少。

这些表明FELUWAPumpen进出口单向阀出故障率小，还有利于检修。

同时FELUWAPumpen进出口流线是直线流动通道设计，使煤浆流动无流向变化，同时没有死角使煤浆沉积。

3.3  隔膜的区别

  GEHOPUMS高压煤浆泵只有平隔膜，而FELUWAPumpen泵是软管和隔膜。

GEHOPUMS通过活塞移动推动推进液，再通过推进液传递压力使平隔膜发生变形，从而使隔膜室压力变化来使煤浆吸入排出。

当平隔膜破损就需要马上停车检修，否则导致推进液端和安全阀的损坏，且平隔膜直接与煤浆接触，容易损坏。

而FELUWAPumpen软管隔膜活塞泵，采用平隔膜的原理再借助于额外增加的柔性软管（软管隔膜）得以改进。

被输送的煤浆仅直接与侧和输送的阀门相接触，煤浆和推进液被平隔膜和软管隔膜隔离开，不但保护了隔膜，同时平隔膜和软管隔膜间充的二次推进液起着液力耦合作用并使泄漏监测的安全系统构想得以实现。

软管隔膜给其流动的煤浆提供了最佳的性能状态，这种设计可能参考了仿生学的原理。

软管隔膜的运动强度与人体的动脉运动很相仿，使软管隔膜的运动（收缩运动）被限制在最小程度，确保软管有较长的使用寿命，有了软管隔膜又延长了平隔膜的使用寿命。

FELUWAPumpen的软管隔膜解决了GEHOPUMS由于采用平隔膜使煤浆有不良运动方向的缺点，同时煤浆在隔膜室有沉降的倾向，隔膜易磨损，而软管隔膜煤浆的流动模式给泵创造了最佳的条件。

对于输送有悬浮性、黏度大、有磨损性、含固量大（浓度为65％左右）、剪切力大等特性的煤浆更能体现FELUWAPumpen软管隔膜的优点。

当软管隔膜破裂（可能性比较小）的情况下，该泵仍能以GEHOPUMS的模式可靠地运行，不需要马上停车，等系统停车时再换软管隔膜，不会因为高压煤浆泵的隔膜破裂而使系统停车。

4  FELUWAPumpen置活塞的介绍

  FELUWAPumpen软管隔膜缓冲器进行脉动缓冲时，最大剩余脉冲取决于空气压力槽中液柱上方的压缩空气的体积，然而气体在被煤浆接触的表面有一定的损失，这样相应地减少缓冲体积，空气缓冲槽的这一损失就需要定期进行补偿。

PELUWAPumpen设计了“置式活塞式压缩机”，伴随着活塞的每个冲程，其向空气槽送入小量的压缩气体。

泵置活塞压缩机可达到的压力总是比泵的最大压力高出许多，这样保证了正常操作条件下，煤浆不可能倒流回泵的置式压缩机中。

置式活塞式压缩机补充气体原理是随着每个活塞杆的返回冲程，小量过滤空气通过单向过滤阀被送进压缩机腔，随着每个活塞杆向前的冲程，压缩空气通过单向阀被送进压力空气槽。

此过程随泵的每个冲程周而复始的进行，这样就使空气缓冲槽中的有效气体总保持在一个最佳的水平。

5  控制系统

简单地比较：

GEHOPUMS是靠PLC电气逻辑控制，FELUWAPumpen是靠机械控制。

5.1  GEHOPUMS的控制系统  

5.1.1  GEHOPUMS通过隔膜的行程监控来控制补排油

由GEHOPUMS推进活塞的原理决定活塞和隔膜之间的推进液量需要在一定围。

推进液体的减少将导致隔膜撞击隔膜箱的后板而使隔膜损坏，这样还会造成泵出现敲击噪声；相反过量推进液体量将给隔膜造成过压或损坏。

为了保护隔膜不发生上面描述的危险状况，推进液控制系统在必要时控制减少或增加推进液体量。

其工作原理为：

在泵隔膜后的锥形板连接到监视杆上，当推进液过量或不足会造成隔膜超出正常隔膜行程位置，监视器杆通过磁探头检测到这个信号，送给PLC，PLC推进电／气三口两位置阀门，通过电／气三口两位置阀门操作填充或排出两口两位置阀门来使推进液补充或排出。

这样不但满足推动液的填充和排放，同时可达到一个可控的隔膜行程位置以保护隔膜不被拉伸。

这种PLC信号易受外界信号干扰，使补排油系统出现故障。

5.1.2

推进液系统的压力检测

在主供应管线中安装了一个压力变送器。

如果系统压力达到一定的预先设置值，则推进液体泵将被关闭。

如果系统压力低于一定的预先设置值，则推进液体泵将被打开。

通过推进液压力的检测、启动推进液泵。

推进液压力随着推进液的补排会有波动，为了避免推进液泵的频繁启动。

推进液系统装配了1以长时间保持系统压力正常。

因此，使用该系统可以在关闭泵后依然保持正常压力。

5.1.3

过压报警和过压安全阀

在脉动挡板的顶部安装有压力变送器，这个变送器与出口脉动挡板的气体侧相连接。

当系统压力过高时会发出信号，这个信号使压力变送器发出信号把泵关闭从而保护泵。

但由于某些原因会造成监视过压的压力变送器不工作或泵不能立即停止，其原因主要是惯性力太大而使排出口压力持续超过设定点。

为了解决这个问题，装有1个常用泄压阀并通过高压歧管连接到所有4个隔膜箱上。

该歧管通过1个检查阀连接到每个隔膜箱上，以防止隔膜箱之间的油出现流动，保持泄压阀底侧的管线压力恒定。

5.2  FELUWAPumpen的控制系统

5.2.1

持续空气排放

为了保证推进液端持续空气排放和无论是平隔膜还是软管隔膜不被过分拉伸，每一个冲程均有一定量推进液由推进液端被导入高位油槽。

推进液又从高位油槽通过泄漏补偿阀自动返回推进液端，推进液经控制的通道由排出腔流入油槽。

这样设计使得在任何吸入冲程从推进液中释放出来的气泡都被排放到油槽中。

5.2.2

泄漏控制  

推进液的损失量可由泵自动补偿，因为FELUWAPumpen设计自动补偿泄漏控制装置。

当泵在吸入冲程中，平隔膜被拉向活塞的推进液端，如果由于泄漏推进液体积减少，平隔膜将推动控制盘，它依次通个蓄能器，它预先填充了氮气，可过杠杆再打开补偿阀门。

活塞进一步往后运动会在推进腔造成真空，因为平隔膜不能再有任何移动。

一旦真空超出补偿阀门的设定围，阀门就被打开，在排出冲程中排入油槽的推进液就会在活塞的吸入冲程中补充回来，推进液的损失量又回到推进液端。

通过杠杆受平隔膜的机械作用，补偿阀门是打不开的，保证平隔膜和软管隔膜不会被过分的拉伸，起到保护平隔膜和软管隔膜的作用。

5.2.3

旁路流量调节装置

对于短时间的间歇流量变化，FELUWAPumpen系统通过节流装置自动调节。

该节流装置的工作原理类似超压安全阀。

基本上在泵的每个排出冲程中，可以使由活塞的位移产生的推进液量的变化那部分导入油槽，这部分推进液量是无级可调的。

因为活塞的位移作用到平隔膜并依次作用到软管隔膜上的推进液的体积减少了导入油槽的那部分量，所以泵的输出量相应地减少。

用旁通流量调节装置以至少0.3MPa的压力临时性地和线性地调节流量。

5.2.4

过压的保护系统过压阀

当输送的煤浆压力提高，隔膜室压力也很高，同时推进液压力也会同样超压，此时装在泵头的过压阀就会自动打开，从而将推进液释放到油箱，再通过泄漏补偿阀门又自动地从油箱返回到液压室。

通过盘形弹簧加载的过压安全阀对泵以及冲程齿轮箱起保护作用，使其避免由于出口阀的误动关闭和管道堵塞而引起的超载。

5.2.5

软管检漏器

用探针不断地检测泵软管和隔膜的完整性，如果软管发生泄漏，该探针便会在控制器上发出警报信号。

5.2.6

隔膜检漏器

电容探测器不断地检测活塞和隔膜之间的液压油，如果隔膜（水—油—乳液）发生泄漏，电容探测器便会指向控制器。

5.2.7

阀门工况的监测系统

  FELUWAPumpen的单向阀还配有利用声学原理的阀门工况监测系统。

该系统可以尽早地发现阀门的损坏。

使用诊断系统可以优化维护。

在线工况监测方法允许针对损坏情况的维修，延长运行时间，减少停车和相应的维修成本损失。

该系统是利用了泄漏通常发生在湍流区域，尤其在高压条件下出现气蚀时，这时会产生声波或超声波，可以在阀门外安装传感器进行探测的原理。

声级与泄漏量有线性关系。

该诊断系统的优势为：

能观察泵的所有排出阀；能尽早发现阀的泄漏；而且该系统不受泵正常操作时噪声的干扰；可以在较宽的泵冲程频率围使用；可以在较宽的压力围使用；允许由于密封区短时间附着固体造成的暂时泄漏。

这套系统不但安装简便，而且操作参数化，操作简单。

产生所监测的声波发射源的诊断信息，在线诊断系统由SitransDASiemens和FELUWA共同提出这个理念，共同试验，由Siemens开发，满足这些要求。

声波发射传感器安装在阀门的外面，对泄漏信号高度敏感，而对泵的运行信号不敏感。

对信号的适当处理使测量结果自动适应负荷条件的变化，如压力或冲程数。

操作工只需要设定报警值。

有了这套系统可以在装置出现故障前发现损坏，可以制定停车维修计划，延长单向阀的使用寿命，监控阀门的运行。

  FELUWAPumpen的控制系统不像GEHOPUMS靠PLC控制，而且受影响的因素很多，而且FELUWAPumpe控制简单，受机械控制随着泵的周期运动不断地自动调节。

6  结语

尽管2种泵都能满足对置式四喷嘴气化炉的工艺要求对喷的2个烧嘴煤浆流量都在差值围，但是FELUWAPumpen的操作更简单，出现问题的可能性更少，控制系统受干扰因素更少，检测系统更完善。

尽管公司对GEHOPUMS操作经验丰富，但在相同的工况条件运行下，FELUWAPumpen更易操作。

  2种泵都同属隔膜式容积泵。

目前FELUWAPumpen刚进入我国市场，正处在开发我国水煤浆加压气化市场，而GEHOPUMS是随德士古一起进入我国市场。

目前FELUWAPumpen的销售价格比同负荷的GEHOPUMS价格高。