液环式机械真空泵在常减压装置中的应用.pdf

设 备 与 防腐 齐 鲁 石 油 化 工 2 0 1 2 4 0 3 2 5 3 2 5 6 Q IL U P E T R O C H E M IC A L T E C H N O L O G Y 液环 式机械 真 空泵在 常减压装置 中的应用 王艳忠 中国石化齐鲁分公 司胜利炼 油厂 山东淄博 2 5 5 4 3 4 摘要 介绍液环泵工作原理及其在 8 M l a常减压蒸馏 装置 减顶抽 真空系统 中的应用情况 分析影 响液环泵正常 运行的因素 通过 比较及运行结果表明 在达到同样的减顶真空度情况下 组合式抽真空系统较单一的蒸汽抽真空系 统 运行费用大大降低 节能效果显著 关键词 液环泵常减压蒸馏应用影响因素 中图分类号 T 1 3 7 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 9 8 5 9 2 0 1 2 0 3 0 2 5 3 0 4 国内外早期 的常减压蒸馏装置抽真空系统 多采用蒸汽喷射器 具有维护工作量小 可靠性高 等优点 但其效率低 蒸汽耗量大且易受系统蒸汽 压力波动的影响 并产生大量的含硫污水 随着 干式减压蒸馏技术 的发展和机械 制造技术 的进 步 液环式机械真空泵 简称液环泵 逐渐应用于 常减压蒸馏装置上 由液环泵和蒸汽喷射器构成 的组合式抽真空 系统具有稳定性高 蒸汽消耗量 少 冷却水用量省 系统操作 弹性大 达到极限真 空耗时短等特点 中国石化齐鲁分公司胜利炼油厂 简称胜利 炼油厂 第四常减压装置在常顶 瓦斯提压系统和 减顶三级抽真空系统采用 了液环泵 其 中 常顶 液环泵 P一1 2 4 A B 由广东省佛 山市水泵厂有限 公 司生 产 型号 为 2 P 1 0 1 4 0 5 2 6 D D的减顶液环 泵 P一1 2 5 由美 国格雷汉姆公 司生产 工艺 由中 国石化集 团洛阳石油化工工程公司设计 本文主 要介绍 P一1 2 5在第四常减压装置的应用情况 并 分析了影响其正常运行 的因素 1 液 环 泵的 工作 原理 液环泵的结构示意如图 1 所示 液环泵的叶 轮在泵壳 内偏心安装 启动前在泵的气缸 内灌入 规定高度 的液体 工作液 当叶轮逆时针方 向 旋转 时 由于离心力 的作用 将 液体甩至泵体外 壁 叶轮的转动迫使工作液沿泵壳 内壁形成一个 决定于泵腔形状的近似于等厚度 的封闭圆环 此 时 会在两相邻 叶片 叶轮轮毂和液环内表面之问 形成一个被工作液密闭的 气腔 由于叶轮在 泵壳内是偏心配置 的 所 以液环的内表面与叶轮 轮毂之问形成一个月牙形空问 它被 叶片分成若 干容积不等的小室 每个小室的容积 随叶轮转动 作周期扩大和缩小 当小室容积逐渐扩大 气体 由外界吸入 当小室容积逐渐缩小 原先吸入的气 体被压缩而排出 这样 叶轮每转一周 叶片与叶 片间的小室容积改变一次 每两叶片间的液体好 像液体活塞一样往复运动 连续不断地抽吸气体 达到抽真空的 目的 图 1 液环泵工作原理 1 一吸气 口 2 一液 环 流 3 一泵 体 中 心 4 一液环 中心 5 一 泵体 6 一 叶轮 7 一排气 口 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 7 修回 日期 2 0 1 2 0 7一O 9 作者简介 王艳忠 1 9 7 9 一 女 工程 师 2 0 0 2年 毕业 于山 东大学化工设备 与机械专业 现在 中国石化齐鲁分公 司胜利 炼 油厂 联 合 装 置 车 间从 事设 备 管 理 工 作 电话 0 5 3 3 7 5 8 7 4 9 2 齐鲁石油化工 Q I L U P E T R O C HE MI C A L T E C HN O L O G Y 2 0 1 2年第 4 0卷 2 P一1 2 5在常减压装置的运行情况 2 1 工艺流程简介 胜利炼油厂第 四常减压装置于 2 0 0 8年开始 施工 2 0 1 0年 4月建成投产 其减顶抽真空系统 工艺流程如图 2所示 该系统 由 A B两列组成 一 级抽 空 器 E J一1 0 1 A B 二 级 抽 空 器 E J一 1 0 2 A B 采用了蒸汽喷射器 三级抽空器由蒸汽喷 射器 E J一1 0 3 和液环泵 P一1 2 5 并列组成 可 依据生产需要选用不同的抽真空方式 减顶液环 泵工艺流程如图 3所示 图2 胜利炼油厂减顶抽真空工艺流程示意 图 3 减顶液 环泵 工艺 流程示 意 2 2 应 用效 果 第四常减压装置开工 以来 减顶抽真空系统 的三级抽空器一直使用 P一1 2 5 截止 2 0 1 2年 6 月 已连续运行约 1 8 0 0 0 h 若使 用 E J一1 0 3 总 耗 1 0 M P a蒸汽约 1 6 2 k t 蒸汽价格按 1 5 0元 t 计 算 仅此一项就可节省资金 2 4 0 0多万元 同时 因 P一1 2 5受蒸汽压力 气温变化等因素的影响较 小 可有效消除夏季气温 高及冷却器负荷不足造 成 的真空度波动 提高了操作稳定性 P一1 2 5与 E J一1 0 3在相同工况下的能耗对 比见表 1 由表 1可以看 出 在达到相同减顶真空度 的 情况下 三级抽真空采用 P一1 2 5较 E J 一1 0 3运行 更经济 节能效果明显 1 节约 1 0 M P a蒸汽 E J一1 0 3所使用蒸 汽量约 1 0 t h 以装置处理量 9 2 5 t h计算 占装 斯至 减压炉 置能耗近 1 0 而 P一1 2 5耗 电仅 占装置能耗 的 0 8 表 1 P一1 2 5与 EJ一1 0 3的能耗对 比 项 目 P l2 5 E J 一1 O 3 设计值 运行值设计值 运行值 2 节约循环水 E J一1 0 3后 的冷却器用水 量约为 8 0 0 t h 而 P一1 2 5冷却器用水量仅 1 1 0 t h 每小 时可节省循环水 6 9 0 t 装置 能耗可 降低 0 7 5 3 增加电耗 使用 P一 1 2 5作为三级抽真 空器耗 电2 6 8 k W h h 仅 占装置能耗的0 7 5 4 减少含硫污水排量 使用 E J 一1 0 3会产 生含硫污水 1 0 t h 污水 处理 费用 以 1 4元 t 计 算 全年污水处理费达 1 1 7 6万元 使用 P一1 2 5 不产生含硫污水 综上所述 在达到相同减顶真空度的情况下 第 3期 王艳 忠 液环式机械真空泵在常减压装置 中的应用 2 5 5 减顶第三级抽真空采用液环泵较蒸气喷射器节能 效果 明显 可 降低装 置能耗 1 0 同时 还可 有 效降低污水排放 运行更经济 环保 3 影响 P一1 2 5运行的因素 第 四常减 压装置 减顶 三级抽 真空 系统 P一 1 2 5已连续运行 2 a多 期 间曾出现 P一1 2 5入 口 真空度降低 轴承振动超标等问题 主要因素有以 下 几个 方 面 3 1 减 顶 注剂对 P一 1 2 5性 能 的影响 为有效解决装置 的腐蚀问题 目前 国内常减 压装置多采用一脱 三注 的工艺防腐措施 其 中减 顶通过注氨缓解低温腐蚀 经验表明 注氨工艺 会对减顶 真空度造 成一定 的影 响 与采用 P一 1 2 5工艺相 比 注氨对传 统工艺 中的蒸汽 喷射 器 影响较小 当注氨量控制在合理范围内时 不会对 减顶真空度构成较大影响 而 P一1 2 5在工作过 程 中 由于混入抽送气体中的氨水混溶于液环 中 且随压力 的升高溶解量逐渐增大 当这部分液体 返 回到 P一1 2 5入 口时 由于压力 的降低 溶解 于 液环中的氨气释放 出来 造成 P一1 2 5入 口气相负 荷升高 降低了 P一1 2 5的有效功 这也是造成 P 一 1 2 5入 口真空度波动的主要原因 在减顶注剂的选择上 第 四常减压装置进行 了有益 的探索 曾于 2 0 1 1年 7月改 注过有 机胺 乙二胺 该有机胺沸点 为 1 0 6 c c 与水 相近 因此在 P一1 2 5入 口真空度下不会气化 彻底解决 了因氨水气化释放带来的液环泵入 口气相负荷升 高的问题 但因有机胺较氨水价格高出近 1 0倍 为实现装置运行 的整体经济性 第 四常减压装置 最终选择了通过严格控制氨水浓度和注入 量 避 免过剩氨水气化 的方案稳定液环泵入 口真空度 3 2工作液对 P一1 2 5性能的影响 1 工作液流量的影响 液环在泵腔 内高速旋转 把压缩的气 体输送 出去 这样会有一部分 的液体 随着排 出的气体被 排出泵腔 这时就需要不断地对泵腔 内进行补充 液体 当工作液流量过大时 泵壳体 内液环厚度 增加 即叶轮插入液环 中的深度增加 图 1中 b 数 值增加 造成液环泵轴功率上升 电机耗 电量增 加 甚至导致液环泵电机跳 闸 同时由于入 口空间 的减小 吸人负荷降低 工作液流量较小时 液环 变薄 液环的上止点 图 1中 数值增加 不能和 叶轮轮毂相接触 下止点 b点减小 不能使叶轮 外圆浸没在液环 中 上止点叶轮轮毂处 的压缩腔 和吸入腔形成连通 大量的气体会从压缩腔回流 到吸入腔 造成输送气体量迅速降低 液环泵容积 效率降低 同样下止点处亦会有大量气体从叶轮 外径 回流到吸人腔 造成相同的后果 因此 必须 严格控制工艺指标 保证液环泵工作液流量 的稳 定 2 出口分离器分离效果的影响 出口分离器是 P一1 2 5出口介质气液分离的 场所 其作用是保证溶解在液体 中的气体有足够 的时间释放 出去 实现气液的充分分离 并为 P一 1 2 5提供循环工作 液 因此 在 实现气 液分 离的 同时 须保证液体在分离器 中有足够长 的停留时 间 若气液分离不彻底 液相 中的气体会随工作 液 回到 P一1 2 5 并 在入 口低压 区再次释放 出来 导致 P一1 2 5入 口气相负荷增加 影响其正常运 行 3 液环泵工作液介质变化 的影响 P一1 2 5投用 1 a后 出现前后轴承振动超标 振动烈度为前 6 9 m m s 后 4 3 mm s 电机 电 流升高问题 拆检发现 P一1 2 5补水泵入 口过滤 网处结垢严重 且叶轮表面附着有 1 2 m m厚 的 水垢 原因是液环泵一直用新鲜水作工作液 而 新鲜水硬度较大 极易结垢 叶轮表面的污垢引 起 转子 的动力不 平衡 造成 液环泵 轴承振 动超 标 J 为此 对补水 线进行 了改造 将工作 液 由 新鲜水改为除盐水 投用后 轴承振动恢复正常 已平稳运行 1 a多 3 3 入 口油 气 温 度 和 工 作 液 温 度 对 P一1 2 5性 能的影响 液体的汽化压力与温度有很大关系 温度越 高 汽化压力越高 并导致 P一1 2 5人 口真空度的 降低 故降低工作液温度可有效 提高泵 的入 口真 空度 P一1 2 5的工作 液是水 水在 5 0 时的饱 和蒸汽压是 2 0 时的5倍多 因此水温的波动对 P一1 2 5的抽气量影响很大 且真空度越高影响越 明显 其影响程度可以用公式 1 进行计算 Q Q 1 5 P 1 一 P p 1 一 P 1 5 1 式 中 Q 水温为 t 时的气量 m min Q 水温为 1 5 时的气量 m ra in P 液环泵吸入压力 k P a P 水温为 t 时的饱和蒸汽压 k P a 2 56 齐鲁石油化工 Q I L U P E T R O C H E MI C A L T E C HN O L O G Y 2 0 1 2年第 4 0卷 P 水温为 1 5 时的饱和蒸汽压 k P a 式 1 可简化为 Q Q K 2 式 中 为温 度系数 与水 温和吸入压力有 关 如图 4所示 t 图 4 温度 系数 K l与水温 t 的关系 l一 液环泵吸入压力 P 1 4 k P a 2 一 液环泵吸入压力 P 2 0 k P a 3 一 液环泵吸入压力 P 3 3 k P a 第四常减压装置 P一1 2 5投用以来 经反复调 整 对 比 当液环温度保持在 3 0 5 时 运行 最为平稳 4结论 1 液环泵在胜利炼油厂 8 Mt a常减压蒸馏 装置上的应用是成功的 较单一 的蒸汽抽真空系 统运行更经济 值得推广 2 应重视减顶注剂 工作液流量 入 口油气 及工作液温度等 因素对液环泵性能的影 响 最大 限度发挥液环泵稳定性高 操作弹性大等优势 1 参考文献 胡焕林 李志远 机械 真空 泵振 动控制 的研究 真空科学与技术 1 9 9 3 1 3 5 3 3 5 3 4 1 候复儒 液环式真空泵在常减压蒸馏装置上的应 用 J 石化技术与应用 2 0 0 6 2 4 4 3 1 3 3 1 5 AP P LI CA T I oN oF L I QUI D RI NG ME CHANI C AL VACUU M P U MP I N ATM oS PHENI C AND VACCUM DI STI LLATI oN UNI T W a ng Ya nz h o ng S h e n g li R efi n e r y o f Q ilu B r a n ch C o m p a n y S I N O P E C Z ib o S h a n d o n g 2 5 5 4 3 4 Ab s t r a ct Th e p a p e r in t r o d u ce d t h e wo r k p r in cip le s a n d a p p lica t io n s it u a t io n o f liq u id r in g p ump in v a cu u m p u mp in g s y s t e m f r o m t h e t o p o f 8 Mt a a t mo s p h e r ic v a cu u m d is t illa t io n u n it a n a ly z e d t h e f a c t o r s in fl u e n cin g n o r ma l r u n n in g o f t h e liq u id r in g p u mp Co mp a r is o n a n d r u n n in g r e s u lt s s h o we d t h e co mb in e d v a cu u m p u mp in g s y s t e m h a d le s s run n in g co s t a n d mo r e s 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