CN111623119A - 新型压力系统和密封冲洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型压力系统和密封冲洗方法，具体提供了一种压力系统，其包含内压变化设备和压差控制设备，所述内压变化设备采用密封冲洗水配合轴封来实现其中包含的压力腔室的密封，特征在于所述压差控制设备密封冲洗水压力与内压变化设备压力的压差保持在一定的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含内压变化设备的新型压力系统和密封冲洗方法，尤其是涉及破渣机和高压泵的压力系统及其密封冲洗方法。
背景技术
破渣机和高压泵是典型的内压变化设备，其一般包含一个或多个在使用中存在内压变化的腔室。为保证此类内压变化设备的正常运行，通常需要对该内压变化腔室实施密封。
机泵是一种存在内压变化的设备，在使用过程中，需要用密封冲洗水对其进行密封冲洗。对存在压力交变系统的需要密封冲洗的机泵设备，系统压力较低时，密封冲洗水与机泵的压差变化较大，会对机泵的密封造成损坏。
破渣机也是一种存在内压变化的设备，是用于煤加压气化制合成氨、甲醇、氢气、煤液化制油、煤气化制天然气、烯烃、乙二醇等系统生产中气化装置的重要设备，位于气化炉激冷室底部与炉渣锁斗之间，其作用是当在气化炉工作中出现大块结渣或耐火衬里脱落时，防止炉渣堆积堵塞而造成整套装置停车，从而保证气化炉长期顺利、连续地运行。破渣机系统主要由外部压力壳体、内部破渣机构、液压驱动装置、密封及管路系统、控制系统等组成。破渣机壳体内安装的内部破渣机构一般包含旋转机构，用于实施破渣，其一般支撑于在壳体并借助轴封及连接的密封冲洗水进行密封。破渣装置密封性能是破渣机可靠、安全、长周期运行的保证。在破渣机工作压力、温度范围内，可选用填料密封结构，其具有结构简单、易于维修更换等优点。为防止煤渣随泄漏的气液进入填料函磨损轴套和填料，需增加高压密封冲洗水。填料密封配以高压密封冲洗水是解决破渣机密封问题的一种较好选择。高压密封冲洗水在填料腔内建立高压，阻止灰渣进入填料内，将填料湿润在破渣机运转时起到润滑作用，并及时带走主轴旋转与填料摩擦产生的热量。破渣机对密封冲洗水的压力和用量均有特殊要求，一旦密封冲洗水用量过少或压力低于气化炉压力， 激冷室内的灰渣便会串入填料内，加剧填料磨损损坏。但密封冲洗水的压力和用量不是越大越好，密封冲洗水压力过高或用量过大，会使填料冲击变形，形成泄漏通道。
文献“煤气化甲醇气化装置破渣机填料密封系统的改进”公开报道了对破渣机旋转轴填料密封的改进，根据破渣机填料密封的结果特点，重新设计加工一个新的填料密封盒，填料密封盒对称分开两部分，破渣机临时短暂停机，将新加工两半的填料密封盒安装在填料压盖上。此文献只是对填料密封的结构进行了改进，未从根本上解决由于高压密封冲洗水压力高对填料密封造成的损坏。
CN204677770U公开了一种用于加压煤气化炉用破渣机的轴封装置，结构为在轴套和填料函上的流体泄漏环形腔内设有多个填料盒，每个填料盒中分别放置一个减压圈和一个密封圈，用套杯顶住密封腔内的最后一个填料盒，拧紧双头螺柱锁紧，使多个填料盒中的减压圈和密封圈轴向压紧，用于密封破渣机旋转轴与破渣机壳体间的泄漏。该文献未解决高压密封冲洗水压力高对填料密封造成的损坏。
轴封是防止泵轴与壳体处泄漏而设置的密封装置。对轴封进行密封冲洗是一种控制温度、延长密封寿命的最有效措施。冲洗的目的在于带走热量、降低密封腔的温度，防止液膜气化，改善润滑条件，防止干运转和杂质沉积。
CN101509504B公开了一种单级离心泵机械密封冷却和冲洗装置，通过在离心泵内机械密封腔和静环背面腔外接冷却液供应管，引用冷却液进行冷却和冲洗，让离心泵可以适应多种介质的输送，特别是介质中含有固体颗粒或介质自身温度较高时。该文献中冷却冲洗管设有闸阀，未说明冲洗的压力以及流量调节。如果冲洗液压力过高，可能对泵轴封装置损坏，影响泵的长周期运行。
CN202316392U公开了一种改进的机泵密封冲洗水系统，用于解决初步处理后的气化废水得不到充分利用，而高附加值的低压除氧水大量使用的问题。该文献未说明冲洗的压力以及流量调节。如果冲洗液压力过高，可能对泵密封装置损坏，影响泵的长周期运行。
CN202883500U公开了一种高温泵密封冲洗系统，包括油站，安装在油站出口管线上的压力变送器、温度变送器、压力开关与控制装置连接，所述的油站包括液压控制装置，所述的油站出口经阀门连接泵前就地盘，所述的泵前就地盘为1~10 个，并联连接。泵前就地盘包括减压阀，可调节流阀和单向阀，泵前就地盘出口连接高温泵密封。该文献可以通过减压阀和调节流阀控制冲洗的压力和温度，但在开车阶段，泵出口压力较低，因而冲洗压力与泵密封腔压力的压差较大，可能对泵轴封装置损坏，影响泵的长周期运行。
CN103541929B公开了一种机械密封冲洗装置。装置包括泵端盖，设在泵端盖上的机械密封端盖，设在机械密封端盖上的机械密封冲洗孔和安装在该机械密封冲洗孔内的机械密封冲洗管，还包括安装在所述机械密封冲洗孔内的阻力件,所述的阻力件的轴向设有液体流通的孔道。该文献只是通过阻力件来调节密封冲洗的流量和压力，不能根据密封冲洗的压力和泵密封腔的压力进行调节，缺乏调节的灵活性。
CN203441835U公开了一种机械密封冲洗装置，其包括油孔、油泵、冷却水出水管、电机、调节阀、压力表、温度计、回油管、油箱、液位计、冷却水进水管，进油孔位于油箱的一侧，油泵位于油箱内，冷却水出水管、冷却水进水管分别位于油箱的两侧，冷却水出水管和冷却水进水管连通，电机与油泵连接，液位计位于油箱的另一侧，油泵、调节阀、压力表、温度计都与回油管连接。该文献利用油对油泵进行密封，应用范围较窄。
CN106122108A公开了一种离心泵机械密封冲洗装置，包括连接在离心泵上的冲洗管，冲洗管的进液端与离心泵的出口端连接，冲洗管的出液端与离心泵的机械密封连接，其特征在于：所述冲洗管上连接有管式过滤器、压力表和节流孔板，所述管式过滤器靠近离心泵的出口端，所述节流孔板靠近离心泵的机械密封，所述冲洗管上设置有第一截止阀和第二截止阀，所述第一截止阀位于离心泵的出口端与管式过滤器之间，所述第二截止阀位于压力表与节流孔板之间。该文献是利用泵出口的高压液体对泵自身进行密封冲洗，不需要引用外来的水源。虽然可以通过截止阀对密封冲洗进行压力调节，但不能自动根据泵密封腔的压力调节密封冲洗压力。
现有破渣机高压密封冲洗水通过管线的截止阀调节流量，阻止灰渣进入填料内，将填料湿润以在破渣机运转时起到润滑作用，并及时带走主轴旋转与填料摩擦产生的热量。对存在压力交变系统的需要密封冲洗的破渣机系统，系统压力较低时，密封冲洗水与破渣机的密封腔压差变化较大，容易对破渣机的密封造成损坏。
现有高压泵的机械密封冲洗，可以通过密封冲洗管线上的阀门对密封冲洗压力和流量进行调节，但不能实时根据泵内的密封腔压力调节密封冲洗压力。在开车过程中泵的出口压力和密封腔压力较低的情况下，此时如果密封冲洗压力与泵密封腔压力的压差较大，可能会造成泵密封的损坏，尤其在装置开车和正常运行中泵出口压力和密封腔压力相差较大的工况下。
发明内容
本发明提供了包括内压变化设备和压差控制设备在内的新型压力系统，其中所述压差控制设备是密封冲洗水压力与内压变化设备压力的压差保持在一定的范围内。本发明所述的“内压变化设备”是包括破渣机和高压泵在内的一般采用密封冲洗水配合轴封来实现其中包含的压力腔室的密封的设备。
根据本发明，密封冲洗水经密封冲洗水管线送往需要该冲洗水辅助轴封以实现所需密封的内压变化设备，相应地，在该密封冲洗水管线上测量该密封冲洗水的压力作为所述密封冲洗水压力。
另一方面，测量该内压变化设备压力。在一种实施方案中，测量该内压变化设备的压力腔室中的压力作为所述内压变化设备压力。内压变化设备例如破渣机和高压泵一般为辅助设备，其所辅助的主体装置或其处理的对象物流往往是工艺生产中更加关注的对象；或者，在一些情况下，内压变化设备的压力腔室的压力不易测得。相应地，在另一实施方案中，测量该内压变化设备的主要物流出口处或出口线路上的压力作为所述内压变化设备压力。例如，对于高压泵应用，测量高压泵出口线路的压力作为所述内压变化设备压力。替代性或附加地，在另一实施方案中，测量该内压变化设备所辅助的主体装置的压力作为所述内压变化设备压力。例如，对于破渣机应用，测量破渣机安装于其上的气化炉的压力作为所述内压变化设备压力。理解的是，由于破渣机通常安装于气化炉下部，与气化炉处于流体连通的状态；因此，破渣机（例如其压力壳体和/或密封腔室）所承受的压力与气化炉压力具有紧密的关联和基本一致的变化趋势。例如，一般地，破渣机压力基本相当于气化炉压力与气化炉激冷室底部液位静压差之和。
根据本发明，由压差控制设备计算用密封冲洗水压力减去内压变化设备压力得到的压差值。将该压差值与一个设定值进行比较。所述设定值处于大约0.1-1.0MPa之间，优选0.2-0.6MPa，更优选的0.3-0.5MPa，例如0.3MPa、0.4MPa或0.5MPa。根据本发明，通过压差控制设备将所述压差值控制在所述设定值的±20%的调控范围之内，优选在所述设定值的±10%的调控范围之内，还优选在所述设定值的±5%的调控范围之内。所述压差控制设备通过本领域已知的方式将压差值调节到所需设定值并保持在所述调控范围之内。
相应地，根据本发明，所述压差控制设备包含：信号接收模块，用于接收测量的密封冲洗水压力信号和内压变化设备压力信号；计算模块，用于计算所述压差值并与设定值进行比较；信号输出模块，依据所述比较的结果来输出调节信号，以通过安装在密封冲洗水管线上的执行机构对所述密封冲洗水的压力进行适当调节。所述执行机构可以为例如压力调节阀。所述压力调节阀可以为各种常规用于调节压力的阀型，例如截止阀、柱塞阀、针型阀，优选截止阀。
根据本发明，所述执行机构（例如压力调节阀）的具体安装位置没有特别限制，只要其能够依据所述调节信号有效地将所述压差值控制在所述调控范围之内。根据本发明，所述执行机构（例如压力调节阀）安装在所述密封冲洗水管线上位于所述密封冲洗水压力测量点的上游或下游。在一个优选实施方案中，所述执行机构（例如压力调节阀）安装在所述密封冲洗水压力测量点的上游位置。在一个实施方案中，所述执行机构（例如压力调节阀）安装在与内压变化设备距离最短的位置。本发明所述的“距离最短”具有本领域公知的含义，一般指在工艺、工程、安全等因素综合考虑的情况下所能够实现的尽量短的距离，能够由本领域技术人员根据实际情况加以具体确定和调整。
优选地，选择所述执行机构（例如压力调节阀）以具有对调节信号的快速响应时间，例如小于或等于大约500ms，优选小于或等于大约300ms，或小于或等于大约200ms。
本发明相应提供了一种新型的内压变化设备的流量压力控制方法，通过控制密封冲洗水与内压变化设备的压差保持在所述设定值的所述调控范围内，既可以对机泵实现高压水密封（所述高压的冲洗密封冲洗水比设备物料压力高大约所述设定值，例如约0.5MPa左右，从而在该内压变化设备的压力腔室内建立高压，阻止设备内的物料进入填料内）也不会对轴封造成损坏。
总的说来，本发明例如提供了以下方面的实施方式：
1、一种压力系统，其包含内压变化设备和压差控制设备，所述内压变化设备采用密封冲洗水配合轴封来实现其中包含的压力腔室的密封，特征在于所述压差控制设备密封冲洗水压力与内压变化设备压力的压差保持在一定的范围内。
2、根据方面1所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备包括破渣机和高压泵。
3、根据方面1或2所述的压力系统，特征在于所述压差控制设备包含：
信号接收模块，用于接收测量的密封冲洗水压力信号和内压变化设备压力信号；
计算模块，用于计算所述压差值并与设定值进行比较；
信号输出模块，依据所述比较的结果来输出调节信号，以通过安装在密封冲洗水管线上的执行机构对所述密封冲洗水的压力进行适当调节，所述执行机构优选为压力调节阀。
4、根据方面3所述的压力系统，特征在于所述执行机构安装在所述密封冲洗水压力测量点的上游位置。
5、根据方面3所述的压力系统，特征在于所述执行机构具有对调节信号的快速响应时间，为小于或等于大约500ms，优选小于或等于大约300ms，或小于或等于大约200ms。
6、根据方面3所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备是高压泵，且测量所述内压变化设备压力信号的装置安装在泵出口线路上。
7、根据方面3所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备是气化炉所用的破渣机，且测量所述内压变化设备压力信号的装置安装在气化炉中。
8、采用前述方面中任一项所述的压力系统来对内压变化设备进行压力控制方法，特征在于控制密封冲洗水与内压变化设备的压差保持在设定值的调控范围内。
9、根据方面8所述的方法，特征在于所述设定值处于大约0.1-1.0MPa之间，优选0.2-0.6MPa，更优选0.3-0.5MPa，例如为0.3MPa、0.4MPa或0.5MPa。
10、根据方面8或9所述的方法，特征在于所述调控范围在所述设定值的±20%之内，优选在所述设定值的±10%之内，还优选在所述设定值的±5%之内。
附图说明
图1显示了对破渣机采用根据本发明的压力系统的气化炉体系。
图2显示了采用根据本发明的压力系统的高压泵体系。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由附录的权利要求书来确定。
本发明提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献全都引于此供参考。除非另有定义，本发明所用的所有技术和科学术语都具有本发明所属领域内一般技术人员常理解的相同意思。在有冲突的情况下，包括定义在内，以本发明为准。
当本发明以“本领域技术人员已知的”或者“本领域常规的”或类似用语来描述材料、方法、部件、装置或设备时，该术语表示本发明包括提出本申请时本领域常规使用的那些，但也包括目前还不常用，但将变成本领域公认为适用于类似目的的那些。
本发明提到的“水煤浆”具有本领域公知的含义和指代对象，一般是指煤、水和任选添加剂以一定量混合的煤基燃料，其为浆体形式，可泵送、雾化、储存和稳定着火燃烧。
本发明提到的“气化炉”具有本领域公知的含义和指代对象，一般是指气化原料与气化剂发生气化反应，转化成气体产物和少量残渣，并对高温气体、残渣进行冷却、洗涤的设备，气化剂主要是水蒸气、空气（氧气）或它们的混合气体，该气化炉包括处于上部的气化室（或称为反应室、燃烧室）和处于下部的激冷室。
本发明可用的燃料包括但不限于粉煤、水煤浆、污泥、石油焦、天然气和/或液化石油气。本发明可用燃料如粉煤、水煤浆或污泥的具体组成和来源可以使用本领域常规使用的那些。
最后，在没有明确指明的情况下，本发明内所提到的所有百分数、份数、比率等都是以重量为基准的，除非以重量为基准时不符合本领域技术人员的常规认识。
参见图1，在一个实施方案中，气化炉激冷室11中沉积的粗渣及其它固体颗粒，通过锁斗循环水的循环作用，经破渣机12、锁渣阀后进入锁斗。
来自公用工程的密封冲洗水通过密封冲洗水管线14送往破渣机12以配合破渣机的轴封实现其密封腔室的密封。密封冲洗水管线14上的压力调节阀15调节密封冲洗水的压力和流量，然后进入破渣机12中的密封腔室。在压力调节阀15下游的管线14上测量密封冲洗水的压力信号10 PT-001，将来自气化炉的压力与密封冲洗水的压力信号10 PT-001做压差，得到压差信号10 PDY-001，将其与处于0.1-1.0MPa范围内的某个设定值进行比较，通过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力。通过稳定的密封冲洗水与破渣机内的压差，保证破渣机密封系统的密封冲洗水压力的稳定，因而保证破渣机的长周期运行。
参见图2，在一个实施方案中，液体通过泵入口管道24进入高压泵23加压后通过出口管道25排出。来自公用工程的密封冲洗水通过密封冲洗水管线21送往高压泵23以配合高压泵的轴封实现其密封腔室的密封。密封冲洗水管线21上的压力调节阀22调节密封冲洗水的压力和流量，然后进入高压泵23中的密封腔室。在压力调节阀22下游的管线21上测量密封冲洗水的压力信号20 PT-001，将来自泵出口的压力与密封冲洗水的压力20 PT-001做压差，得到压差信号20PDY001，将其与处于0.1-1.0MPa范围内的某个设定值进行比较，通过压力调节阀22调节密封冲洗水的压力。通过稳定的密封冲洗水与泵密封腔内的压差，保证高压泵密封系统的密封冲洗水压力的稳定，因而保证高压泵的长周期运行。
要理解的是，除了以上详细讨论并例示的开车用高压氮气置换管线之外，本发明所述气化炉系统可采用常规气化炉装置中普遍可用的设备和/或布置，并可利用常规的操作条件，并根据实际情况由本领域技术人员进行适当的调节。
实施例
实施例1
如图1所示，气化炉激冷室11中沉积的粗渣及其它固体颗粒，通过锁斗循环水的循环作用，经破渣机12、锁渣阀后进入锁斗。
来自公用工程的密封冲洗水通过管线14输送，经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力和流量，最后进入破渣机12中的密封系统。开车阶段，气化炉压力为0.1MPaG，激冷室温度为92℃。来自公用工程的密封冲洗水压力为7.5MPaG，温度为40℃，通过管线14后经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力和流量，最后进入破渣机12中的密封系统。设定密封冲洗水与气化炉的压差值10PDY3-001为0.5MPa，经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力为0.6MPaG，流量约为4.2m3/h。随着气化炉压力的升高，压力升至1.0MPaG,激冷室温度为149℃。密封冲洗水与气化炉的压差值10PDY3-001依然设定为0.5MPa，经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力为1.5MPaG，流量约为4.0m3/h。当气化炉压力升至正常操作压力6.5MPaG时，此时激冷室的温度为237℃。密封冲洗水与气化炉的压差值10PDY3-001依然设定为0.5MPa,经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力为7.0MPaG，流量为3.9m3/h。从开车气化炉压力上升开始，到最后气化炉压力达到正常操作压力6.5MPaG，破渣机密封冲洗水的压力与气化炉的压力差值基本维持在0.5MPa左右，既对破渣机的填料密封系统进行了密封和冲洗，使破渣机内的高温水不会泄露，也保护了填料密封系统的填料，合理的压差使其不易变形，保证破渣机的长周期运行。
实施例2
如图2所示，液体通过泵入口管道24进入高压泵23加压后通过出口管道25排出，最后送入气化炉。来自公用工程的密封冲洗水通过管线21后经过压力调节阀22调节密封冲洗水的压力和流量，最后进入高压泵23中的密封系统。
在气化炉开车阶段，气化炉压力为0.1MPaG，泵23出口压力为0.5MPaG，温度为65℃。密封冲洗水通过管线21后经过压力调节阀22调节密封冲洗水的压力和流量，最后进入高压泵23中的密封系统。设定密封冲洗水与高压泵23的压差值20PDY3-001为0.4MPa，经过压力调节阀22调节密封冲洗水的压力为0.9MPaG，流量约为1.2m3/h。随着气化炉压力的升高，压力升至1.0MPaG,高压泵出口压力为1.4MPaG，温度为66℃。密封冲洗水与高压泵23的压差值20PDY3-001依然设定为0.4MPa，经过压力调节阀22调节密封冲洗水的压力为1.8MPaG，流量约为1.15m3/h。当气化炉压力升至正常操作压力6.5MPaG时，此时高压泵23出口压力为6.9MPaG,温度为67℃ 。密封冲洗水与高压泵23的压差值20PDY3-001依然设定为0.4MPa,经过压力调节阀15调节密封冲洗水的压力为7.3MPaG，流量为1.1m3/h。从开始阶段，到最后高压泵出口压力达到7.3MPaG，高压泵密封冲洗水的压力与高压泵出口的压力差值基本维持在0.4MPa左右，既对高压泵的填料密封系统进行了密封和冲洗，使高压泵内的黑水不会泄露，也保护了填料密封系统的填料，合理的压差使其不易变形，保证高压泵的长周期运行。
在上文的说明书中，已经参照特定的实施方式描述了本发明的构思。然而，本领域技术人员可以理解，在不脱离所附的权利要求中限定的本发明范围的情况下可以做出各种修改和变更。因此，说明书和附图应认为是说明性的，而不是限制性的，并且所有这类修改和变更应当涵盖在本发明的范围之内。
可以理解，本文为清楚起见以独立的多个实施方式的形式描述的某些特征也可以作为组合提供在单一的实施方式中。相反，为简要起见以单一实施方式的形式描述的多个不同特征也可以单独地或以任何子组合的形式提供。
Claims (10)
1.一种压力系统，其包含内压变化设备和压差控制设备，所述内压变化设备采用密封冲洗水配合轴封来实现其中包含的压力腔室的密封，特征在于所述压差控制设备密封冲洗水压力与内压变化设备压力的压差保持在一定的范围内。
2.根据权利要求1所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备包括破渣机和高压泵。
3.根据权利要求1或2所述的压力系统，特征在于所述压差控制设备包含：
信号接收模块，用于接收测量的密封冲洗水压力信号和内压变化设备压力信号；
计算模块，用于计算所述压差值并与设定值进行比较；
信号输出模块，依据所述比较的结果来输出调节信号，以通过安装在密封冲洗水管线上的执行机构对所述密封冲洗水的压力进行适当调节，所述执行机构优选为压力调节阀。
4.根据权利要求3所述的压力系统，特征在于所述执行机构安装在所述密封冲洗水压力测量点的上游位置。
5.根据权利要求3所述的压力系统，特征在于所述执行机构具有对调节信号的快速响应时间，为小于或等于大约500ms，优选小于或等于大约300ms，或小于或等于大约200ms。
6.根据权利要求3所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备是高压泵，且测量所述内压变化设备压力信号的装置安装在泵出口线路上。
7.根据权利要求3所述的压力系统，特征在于所述内压变化设备是气化炉所用的破渣机，且测量所述内压变化设备压力信号的装置安装在气化炉中。
8.采用前述权利要求中任一项所述的压力系统来对内压变化设备进行压力控制方法，特征在于控制密封冲洗水与内压变化设备的压差保持在设定值的调控范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，特征在于所述设定值处于大约0.1-1.0MPa之间，优选0.2-0.6MPa，更优选0.3-0.5MPa，例如为0.3MPa、0.4MPa或0.5MPa。
10.根据权利要求8或9所述的方法，特征在于所述调控范围在所述设定值的±20%之内，优选在所述设定值的±10%之内，还优选在所述设定值的±5%之内。
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