解决除盐水纤维过滤器系统水锤问题

高麒雄 张国民 鲍 涛

国家能源集团宁夏煤业有限公司煤制油分公司仪表管理中心 宁夏 银川 750411

引言

纤维过滤器是对自水库来原水进行初过滤的设备。采用经过特殊成形处理的纤维束,以旋翼式结扎而成纤维球滤料,在过滤过程中,滤层空隙率沿水流方向逐渐变小,从而实现深层过滤的理想状态。原水通过纤维过滤器可完全滤除悬浮物中超细粒子,可滤除0.2～0.5u m 以上的颗粒除悬浮物可达99.98%,出液浊度能控制在0。纤维过滤器是除盐水装置原水进水过滤首套单元,单元无法投用将导致除盐水无法制备,全厂用水告急,锅炉、气化装置面临拍停风险。

该项目纤维过滤器共16套,设计产水量10500 m3/h,每套纤维过滤器有10台对夹式衬胶蝶阀。但由于水锤阀门频繁损坏,导致纤维过滤器仅能维持两台长周期运行,除盐水负荷仅维持在14.5%,严重制约了装置的满负荷运行计划。

1 主要内容

1.1 .主要原因分析

1.1.1 简述水锤现象 通过检查管道中压力趋势,可以看出在关阀瞬间,管道内部压力迅速升高,压力呈尖峰状,可判断管道在阀门关闭时产生水锤,巨大的冲击导致阀门损坏。

图(1) 系统管道中压力突变

1.1.2 本项目水锤产生原因分析 原始设计采用原水泵出口旁路作为反洗水,水泵在启泵时,管道内水不满管,产生启动水锤,对纤维过滤器入口阀门与反洗进水阀门产生冲击。

原水泵出口压力为0.6-0.65 MPa,反洗时阀门前后受压,阀门在顺控运行时关闭,产生的关阀水

锤压力高达0.8 MPa以上,项目所采用对夹式衬胶蝶阀,依据阀门计算书,阀门所能承受最大差压为0.7 MPa。因此关阀产生水锤造成系统内阀门差压过高损坏。

1.1.3 系统中水锤计算 以最近距离1＃纤维过滤器为例,进气阀门关闭时间为2s,管道长度为10 m,则水锤相μ＝2LS/c Q＝2*10*0.176/(882.3)＝3.98s。水锤相大于关阀时间,产生直接水锤。对反洗进气阀产生冲击。距离越远,水锤相越大,产生水锤压力越大。

计算该系统中水锤波波速：

E0— 水的弹性模量,E0＝2.04×105N/c m2;

D— 管道内径D＝0.25 m;

δ— 管壁厚度δ＝0.003;

E— 铸铁管弹性模量：87.3×105N/c m2;

ν0关闭阀门前管中流速等于c流体速度;c＝Q/S＝882.3＝5.67 m/s

流量Q＝882.3 m3/h

管道横截面S＝0.049 m3

由此可见,直接水锤产生的瞬时波速C 远大于阀门打开时正常除盐水流速c。

产生直接水锤压强：ΔP ＝ρ·C·ν0＝1*18.78*5.67＝106.56 m 水柱＝10.67kgf/c m2即1.05 MPa。

2 实施方法

2.1 主要原因确定 综上述分析,解决本项目系统中水锤问题,必须要解决反洗水超压问题及纤维过滤器投运顺控步续问题。

2.2 解决反洗水超压 增加两台反洗水泵,将反洗水泵入口与原水箱出口管线连接,反洗水泵出口管与各纤维过滤器反洗进口管线连接。反洗水泵选择转动惯量大的水泵。有研究提出：水泵转动惯量,水泵在配套电机不变的情况下转矩不变,增大水泵的转动惯量可以降低水泵的角速度,从而使水泵的转速越不容易改变,断电后转速下降得越慢,停泵形成的水锤压力越小。

控制反洗水泵出口压力为0.3-0.35 MPa,纤维过滤器反洗时可有效降低水压过高对阀门的反向冲击,减小停泵水锤与关阀水锤对阀门的冲击。

2.3 重新编写顺控程序(基于浙江中控ECS 700 DCS系统) 增加反洗水泵后,需要增加反洗水泵控制的逻辑。顺控水反洗阶段、汽水合洗阶段,顺控逻辑重新编程。

顺控气水合洗阶段,顺控步续修改为：先开排气阀,再开罗茨风机,风机打开后管线内气体能及时排出,避免管线憋压,气水混合,形成启动水锤。

新增反洗水泵为离心泵,启泵时,应保证泵体出口压力大于或等于输送母管压力,才能打开供水泵出口阀门。供水泵无法将管路中残留气体排出或者母管中存在的气体被母管高压压入供水泵出口

管路中,在启动回路向运行回路切换时,出现水锤。因此顺控编写反洗水泵启动后压力达到0.3 MPa,打开反洗进水阀。

顺控水反洗阶段,顺控步续先关闭罗茨风机,再关闭进气阀门,水反洗停止阶段,先关闭进水阀,保压在0.3 MPa,自动停反洗水泵。

3 结论

3.1 新增高转动惯量反洗水泵,降低反洗水在系统中的压力,减小停泵水锤与关阀水锤。

3.2 通过DCS编程,改变原有顺序控制步续,避免管道憋压以及反洗水泵水泵过载产生水锤。

3.3 系统改造后,除盐水纤维过滤器系统蝶阀因水锤冲击问题得到解决,阀门损坏率由月均30台降低至月均0.4台。纤维过滤器原来仅2套维持运行,改造后16套均能正常投用,纤维过滤器产水可满负荷运行。