介紹液環(huán)泵工作原理及其在8Mt/a常減壓蒸餾裝置減頂抽真空系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，分析影響液環(huán)泵正常運行的因素。通過比較及運行結(jié)果表明，在達到同樣的減頂真空度情況下，組合式抽真空系統(tǒng)較單一的蒸汽抽真空系統(tǒng)，運行費用大大降低，節(jié)能效果顯著。

　　國內(nèi)外早期的常減壓蒸餾裝置抽真空系統(tǒng)多采用蒸汽噴射器，具有維護工作量小，可靠性高等優(yōu)點，但其效率低，蒸汽耗量大且易受系統(tǒng)蒸汽壓力波動的影響，并產(chǎn)生大量的含硫污水。隨著干式減壓蒸餾技術(shù)的發(fā)展和機械制造技術(shù)的進步，液環(huán)式機械真空泵(簡稱液環(huán)泵)逐漸應(yīng)用于常減壓蒸餾裝置上。由液環(huán)泵和蒸汽噴射器構(gòu)成的組合式抽真空系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、蒸汽消耗量少、冷卻水用量省、系統(tǒng)操作彈性大、達到極限真空耗時短等特點。

　　中國石化齊魯分公司勝利煉油廠(簡稱勝利煉油廠)第四常減壓裝置在常頂瓦斯提壓系統(tǒng)和減頂三級抽真空系統(tǒng)采用了液環(huán)泵。其中，常頂液環(huán)泵(P-124AB)由廣東省佛山市水泵廠有限公司生產(chǎn)；型號為2P101405/26/DD的減頂液環(huán)泵(P-125)由美國格雷漢姆公司生產(chǎn)，工藝由中國石化集團洛陽石油化工工程公司設(shè)計。本文主要介紹P-125在第四常減壓裝置的應(yīng)用情況，并分析了影響其正常運行的因素。

1、液環(huán)泵的工作原理

　　液環(huán)泵的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。液環(huán)泵的葉輪在泵殼內(nèi)偏心安裝，啟動前在泵的氣缸內(nèi)灌入規(guī)定高度的液體(工作液)。當(dāng)葉輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，將液體甩至泵體外壁，葉輪的轉(zhuǎn)動迫使工作液沿泵殼內(nèi)壁形成一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。此時，會在兩相鄰葉片、葉輪輪轂和液環(huán)內(nèi)表面之間形成一個被工作液密閉的“氣腔”。由于葉輪在泵殼內(nèi)是偏心配置的，所以液環(huán)的內(nèi)表面與葉輪輪轂之間形成一個月牙形空間，它被葉片分成若干容積不等的小室，每個小室的容積隨葉輪轉(zhuǎn)動作周期擴大和縮小。當(dāng)小室容積逐漸擴大，氣體由外界吸入；當(dāng)小室容積逐漸縮小，原先吸入的氣體被壓縮而排出。這樣，葉輪每轉(zhuǎn)一周，葉片與葉片間的小室容積改變一次。每兩葉片間的液體好像液體活塞一樣往復(fù)運動，連續(xù)不斷地抽吸氣體，達到抽真空的目的。

圖1 液環(huán)泵工作原理

1—吸氣口；2—液環(huán)流；3—泵體中心；4—液環(huán)中心；5—泵體；6—葉輪；7—排氣口

2、P-125在常減壓裝置的運行情況

　　2.1、工藝流程簡介

　　勝利煉油廠第四常減壓裝置于2008年開始施工，2010年4月建成投產(chǎn)，其減頂抽真空系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。該系統(tǒng)由A、B兩列組成，一級抽空器(EJ-101AB)、二級抽空器(EJ-102AB)采用了蒸汽噴射器；三級抽空器由蒸汽噴射器(EJ-103)和液環(huán)泵(P-125)并列組成，可依據(jù)生產(chǎn)需要選用不同的抽真空方式。減頂液環(huán)泵工藝流程如圖3所示。

圖2 勝利煉油廠減頂抽真空工藝流程示意

圖3 減頂液環(huán)泵工藝流程示意

　　2.2、應(yīng)用效果

　　第四常減壓裝置開工以來，減頂抽真空系統(tǒng)的三級抽空器一直使用P-125，截止2012年6月，已連續(xù)運行約18000h。若使用EJ-103，總耗1.0MPa蒸汽約162kt，蒸汽價格按150元/t計算，僅此一項就可節(jié)省資金2400多萬元；同時，因P-125受蒸汽壓力、氣溫變化等因素的影響較小，可有效消除夏季氣溫高及冷卻器負荷不足造成的真空度波動，提高了操作穩(wěn)定性。P-125與EJ-103在相同工況下的能耗對比見表1。由表1可以看出，在達到相同減頂真空度的情況下，三級抽真空采用P-125較EJ-103運行更經(jīng)濟，節(jié)能效果明顯。

　　(1)節(jié)約1.0MPa蒸汽。EJ-103所使用蒸汽量約10t/h，以裝置處理量925t/h計算，占裝置能耗近10%；而P-125耗電僅占裝置能耗的0.8%。

表1 P-125與EJ-103的能耗對比

　　(2)節(jié)約循環(huán)水。EJ-103后的冷卻器用水量約為800t/h，而P-125冷卻器用水量僅110t/h，每小時可節(jié)省循環(huán)水690t，裝置能耗可降低0.75%。

　　(3)增加電耗。使用P-125作為三級抽真空器耗電268kW·h/h，僅占裝置能耗的0.75%。

　　(4)減少含硫污水排量。使用EJ-103會產(chǎn)生含硫污水10t/h，污水處理費用以14元/t計算，全年污水處理費達117.6萬元。使用P-125不產(chǎn)生含硫污水。

　　綜上所述，在達到相同減頂真空度的情況下，減頂?shù)谌�級抽真空采用液環(huán)泵較蒸氣噴射器節(jié)能效果明顯，可降低裝置能耗10%。同時，還可有效降低污水排放，運行更經(jīng)濟、環(huán)保。

3、影響P-125運行的因素

　　第四常減壓裝置減頂三級抽真空系統(tǒng)P-125已連續(xù)運行2a多，期間曾出現(xiàn)P-125入口真空度降低、軸承振動超標(biāo)等問題，主要因素有以下幾個方面。

　　3.1、減頂注劑對P-125性能的影響

　　為有效解決裝置的腐蝕問題，目前國內(nèi)常減壓裝置多采用一脫三注的工藝防腐措施，其中減頂通過注氨緩解低溫腐蝕。經(jīng)驗表明，注氨工藝會對減頂真空度造成一定的影響。與采用P-125工藝相比，注氨對傳統(tǒng)工藝中的蒸汽噴射器影響較小，當(dāng)注氨量控制在合理范圍內(nèi)時，不會對減頂真空度構(gòu)成較大影響。而P-125在工作過程中，由于混入抽送氣體中的氨水混溶于液環(huán)中，且隨壓力的升高溶解量逐漸增大。當(dāng)這部分液體返回到P-125入口時，由于壓力的降低，溶解于液環(huán)中的氨氣釋放出來，造成P-125入口氣相負荷升高，降低了P-125的有效功，這也是造成P-125入口真空度波動的主要原因。在減頂注劑的選擇上，第四常減壓裝置進行了有益的探索，曾于2011年7月改注過有機胺(乙二胺)。該有機胺沸點為106℃，與水相近，因此在P-125入口真空度下不會氣化，徹底解決了因氨水氣化釋放帶來的液環(huán)泵入口氣相負荷升高的問題。但因有機胺較氨水價格高出近10倍，為實現(xiàn)裝置運行的整體經(jīng)濟性，第四常減壓裝置最終選擇了通過嚴(yán)格控制氨水濃度和注入量，避免過剩氨水氣化的方案穩(wěn)定液環(huán)泵入口真空度。

　　3.2、工作液對P-125性能的影響

　　(1)工作液流量的影響

　　液環(huán)在泵腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，把壓縮的氣體輸送出去，這樣會有一部分的液體隨著排出的氣體被排出泵腔，這時就需要不斷地對泵腔內(nèi)進行補充液體。當(dāng)工作液流量過大時，泵殼體內(nèi)液環(huán)厚度增加，即葉輪插入液環(huán)中的深度增加(圖1中b數(shù)值增加)，造成液環(huán)泵軸功率上升，電機耗電量增加，甚至導(dǎo)致液環(huán)泵電機跳閘；同時由于入口空間的減小，吸入負荷降低。工作液流量較小時，液環(huán)變薄，液環(huán)的上止點(圖1中a數(shù)值增加)不能和葉輪輪轂相接觸，下止點(b點減小)不能使葉輪外圓浸沒在液環(huán)中，上止點葉輪輪轂處的壓縮腔和吸入腔形成連通，大量的氣體會從壓縮腔回流到吸入腔，造成輸送氣體量迅速降低，液環(huán)泵容積效率降低。同樣下止點處亦會有大量氣體從葉輪外徑回流到吸入腔，造成相同的后果。因此，必須嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，保證液環(huán)泵工作液流量的穩(wěn)定。

　　(2)出口分離器分離效果的影響

　　出口分離器是P-125出口介質(zhì)氣液分離的場所，其作用是保證溶解在液體中的氣體有足夠的時間釋放出去，實現(xiàn)氣液的充分分離，并為P-125提供循環(huán)工作液。因此，在實現(xiàn)氣液分離的同時，須保證液體在分離器中有足夠長的停留時間。若氣液分離不徹底，液相中的氣體會隨工作液回到P-125，并在入口低壓區(qū)再次釋放出來，導(dǎo)致P-125入口氣相負荷增加，影響其正常運行。

　　(3)液環(huán)泵工作液介質(zhì)變化的影響

　　P-125投用1a后，出現(xiàn)前后軸承振動超標(biāo)(振動烈度為前6.9mm/s，后4.3mm/s)、電機電流升高問題。拆檢發(fā)現(xiàn)，P-125補水泵入口過濾網(wǎng)處結(jié)垢嚴(yán)重，且葉輪表面附著有1～2mm厚的水垢。原因是液環(huán)泵一直用新鮮水作工作液，而新鮮水硬度較大，極易結(jié)垢。葉輪表面的污垢引起轉(zhuǎn)子的動力不平衡，造成液環(huán)泵軸承振動超標(biāo)。為此，對補水線進行了改造，將工作液由新鮮水改為除鹽水，投用后，軸承振動恢復(fù)正常，已平穩(wěn)運行1a多。

　　3.3、入口油氣溫度和工作液溫度對P-125性能的影響

　　液體的汽化壓力與溫度有很大關(guān)系，溫度越高，汽化壓力越高，并導(dǎo)致P-125入口真空度的降低，故降低工作液溫度可有效提高泵的入口真空度。P-125的工作液是水，水在50℃時的飽和蒸汽壓是20℃時的5倍多，因此水溫的波動對P-125的抽氣量影響很大，且真空度越高影響越明顯。其影響程度可以用公式(1)進行計算：

Qt=Q15(p1-pt)/(p1-p15)(1)

　　式中：Qt———水溫為t時的氣量，m3/min；

　　Q15———水溫為15℃時的氣量，m3/min；

　　p1———液環(huán)泵吸入壓力，kPa；

　　pt———水溫為t時的飽和蒸汽壓，kPa；

　　p15———水溫為15℃時的飽和蒸汽壓，kPa。

　　式(1)可簡化為：Qt=Q15Kt(2)式中，Kt為溫度系數(shù)，與水溫和吸入壓力有關(guān)，如圖4所示。

圖4 溫度系數(shù)Kt與水溫t的關(guān)系

　　1—液環(huán)泵吸入壓力p1=14kPa；

　　2—液環(huán)泵吸入壓力p1=20kPa；

　　3—液環(huán)泵吸入壓力p1=33kPa

　　第四常減壓裝置P-125投用以來，經(jīng)反復(fù)調(diào)整、對比，當(dāng)液環(huán)溫度保持在(30±5)℃時，運行最為平穩(wěn)。

4、結(jié)論

　　(1)液環(huán)泵在勝利煉油廠8Mt/a常減壓蒸餾裝置上的應(yīng)用是成功的，較單一的蒸汽抽真空系統(tǒng)運行更經(jīng)濟，值得推廣。

　　(2)應(yīng)重視減頂注劑、工作液流量、入口油氣及工作液溫度等因素對液環(huán)泵性能的影響，最大限度發(fā)揮液環(huán)泵穩(wěn)定性高、操作彈性大等優(yōu)勢。