干式真空泵技術(shù)在烷基化裝置上的應(yīng)用

江 閩

（中石化金陵石化公司，江蘇 南京 210046）

干式真空泵技術(shù)在烷基化裝置上的應(yīng)用

江 閩

（中石化金陵石化公司，江蘇 南京 210046）

本文介紹了干式真空泵在烷基化裝置上的應(yīng)用及效果

干式真空泵；烷基化；應(yīng)用

1 前言

中國石化金陵石化烷基苯廠（以下簡稱烷基苯廠）10萬噸/年烷基化裝置中，脫烷烴塔（C-405）、烷基苯再蒸塔（C-406）和烷基苯回收塔（C-407）三座塔系統(tǒng)是減壓蒸餾系統(tǒng)。原設(shè)計的減壓抽真空流程為三級蒸汽噴射、三級冷卻，動力是1.0MPa飽和蒸汽。由于噴射器效率低，蒸汽和冷卻水耗量非常大，操作費用一直居高不下；同時由于不凝氣中含有微量氟化氫，常導致抽真空系統(tǒng)和冷凝冷卻系統(tǒng)泄漏，影響三個塔的正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量。

2006年10月裝置檢修時，用干式真空泵代替蒸汽噴射器，同年11月開工運行至今。生產(chǎn)運行表明：干式真空泵減少蒸汽和循環(huán)水用量，節(jié)能效果顯著；不產(chǎn)生污水，減少環(huán)境污染；杜絕了系統(tǒng)腐蝕泄漏，操作平穩(wěn)：占地面積小，可以在大中型減壓蒸餾裝置推廣應(yīng)用。

2 干式抽真空技術(shù)工作原理

烷基苯廠烷基化裝置采用的干式抽真空技術(shù)的主要設(shè)備是三組抽真空泵（兩開一備），每組抽真空泵由一臺羅茨真空泵（見圖1）和一臺爪式干式真空泵（見圖2）組成。

羅茨真空泵是借助兩個“8”字形轉(zhuǎn)子通過齒輪傳動作反向同步旋轉(zhuǎn)，從而將它們與泵體之間的氣體排出。兩轉(zhuǎn)子間以及轉(zhuǎn)子與泵體之間是互不接觸的，轉(zhuǎn)子間的間距比較大，轉(zhuǎn)子與泵壁的間距也有0.1～1mm。因此，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，被壓縮的部分氣體又返回到入氣腔，致使羅茨真空泵的壓縮比比較低，一般不大于10∶1至30∶1。為了防止氣體被反復壓縮造成溫度升高，破壞泵軸，烷基苯廠的真空泵組的羅茨真空泵選擇了液壓聯(lián)軸節(jié)，在電動機與抽氣系統(tǒng)之間起傳動作用。壓力高時，該泵運轉(zhuǎn)速度較慢，維持全壓差，不使電動機過熱或過載；壓力較低時，泵就達到其額定轉(zhuǎn)速，保證泵在真空范圍內(nèi)連續(xù)運轉(zhuǎn)。但是，羅茨真空泵是容積式轉(zhuǎn)子泵，又使其在10～10-2mbar工作壓力下具有比較大的抽氣速率。

由于羅茨真空泵有比較大的抽氣速率、比較小的壓縮比，因此羅茨真空泵需要一臺真空增壓泵與其串聯(lián)，以達到既有大的抽氣速率、又有大的壓縮比的目的，從而滿足裝置的要求。烷基苯廠的真空泵組選擇了爪式干式真空泵與羅茨真空泵串聯(lián)。

圖1 羅茨泵的工作原理和工作方式

圖2 爪泵的工作原理和工作方式

爪式干式真空泵的兩個爪形轉(zhuǎn)子在泵殼內(nèi)作相對旋轉(zhuǎn)工作時無機械接觸的爪形轉(zhuǎn)子，其三分之二的周長呈圓柱形，接著的部分是凹下很深的凹口，剩余部分是明顯突出的爪子。轉(zhuǎn)動時，爪背剛好堵住另一爪形轉(zhuǎn)子的凹口。左轉(zhuǎn)子的進氣口變長，吸氣腔打開，氣體進入吸氣腔。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動較長時間后進氣口打開，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，關(guān)閉進氣口。這時，在兩個爪與泵殼間的氣體受到壓縮，并通過泵的兩個轉(zhuǎn)子的排氣口排出泵外。爪機構(gòu)工作無需閥門，余隙空間內(nèi)的氣體與下次吸入的氣體混合并再次受到壓縮。

與羅茨泵相比，爪泵的優(yōu)點是壓力較高時能獲得較大的壓縮比，例如1 mbar時的壓縮比約為50∶l。在一般情況下，爪式干式真空泵為了達到要求的壓縮比，在泵腔內(nèi)有多級轉(zhuǎn)子，各個爪以相同方向轉(zhuǎn)動，正向排氣，氣流從第一級的入口進入，從最后一級的出口排出，經(jīng)過多級壓縮后，氣體溫度會上升。因此爪式干式真空泵一般垂直安裝在固定架上，確保工藝氣體中的液體順利地從泵中排出。同時，為防止溫度上升影響真空泵壽命，泵體上有一個間接的冷卻系統(tǒng)。用冷卻液通過自然對流的方式流過泵體和換熱器，達到冷卻泵體的目的。在換熱器中，用循環(huán)水冷卻冷卻液。此外，當純爪泵的壓力低于10-1mbar時，抽真空速率變小。

爪泵和羅茨泵的組合可以相互彌補對方的缺點，當純爪泵的入口壓力低于0.1mbar時，泵性能變差，如在爪泵入口處加一臺羅茨泵，泵的性能便可得到改善。當壓力較低時，羅茨泵的抽氣效率反而更好。壓力為0.1mbar時，抽氣效率可提高60%。

3 干式抽真空技術(shù)與蒸汽抽真空技術(shù)比較

3.1 抽真空系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

烷基化裝置是連續(xù)操作系統(tǒng)，由工藝條件產(chǎn)生的工藝氣體量以及可能泄漏的空氣量確定單位時間所需抽走的氣體量，并考慮由工藝設(shè)備到真空泵入口管路的阻力降，以確定真空泵入口的壓力。

3.2 能耗

由于蒸汽噴射器耗用蒸汽量大，需要大量的循環(huán)水進行冷卻。在蒸汽抽真空過程中，不凝氣中含有烴類，會隨蒸汽冷凝產(chǎn)生大量的含油污水，消耗大量的循環(huán)水。而干式真空技術(shù)耗能主要是真空泵的電耗。比較表1和表2不難看出，采用蒸汽抽真空技術(shù)，能耗是干式真空技術(shù)能耗的11倍。改造后，年運行費用減少395.23萬元。

表1 蒸汽抽真空技術(shù)能耗（年運行按8400小時計算）

表2 干式抽真空技術(shù)能耗（年運行按8400小時計算）

3.2 腐蝕

由于不凝氣中含有微量的氟化氫，溶于蒸汽冷凝水中，易對蒸汽噴射泵、冷凝冷卻器和管道系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕，導致設(shè)備泄漏，破壞塔的真空度，引起操作波動、影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至短時間停產(chǎn)搶修，過去每年都有數(shù)次此類情況發(fā)生。而干式真空系統(tǒng)不會產(chǎn)生冷凝水，避免了氟化氫的腐蝕。為了進一步減輕氟化氫對抽真空系統(tǒng)設(shè)備的影響，烷基苯廠對軸封進行了氮氣正壓保護。

3.3 主要設(shè)備

采用干式抽真空技術(shù)的設(shè)備總投資約314萬元。與傳統(tǒng)的蒸汽抽真空技術(shù)相比，干式抽真空技術(shù)的設(shè)備少且結(jié)構(gòu)緊湊，因此占地也較小，數(shù)據(jù)見表3。

4 干式抽真空技術(shù)應(yīng)用影響因素討論

干式抽真空技術(shù)在我國大中型石化企業(yè)應(yīng)用尚處在不成熟階段，影響干式真空泵的應(yīng)用的因素有很多。因此，在泵的選型和安裝的細節(jié)上，烷基苯廠和設(shè)計部門經(jīng)過多次討論，針對可能影響機泵操作的各項影響因素，在設(shè)計和生產(chǎn)的環(huán)節(jié)予以解決。主要體現(xiàn)在如下幾點上：

表3 干式抽真空與蒸汽抽真空設(shè)備比較

1）采取有效措施，避免凝液進入機組內(nèi)：在干式真空泵前設(shè)計了冷卻器、分液罐，降低入泵氣體溫度，將部分冷凝液提前排出；干式真空泵組總重量小，電機總功率低，振動因數(shù)接近零，因此可將泵組安裝在拆除蒸汽抽真空系統(tǒng)后的框架上，以便使泵組和分液罐間管線距離盡量縮小，避免了因為長距離的管道輸送產(chǎn)生的冷凝液；入口管道增加了蒸汽伴熱；備用泵組的切斷閥上游增加了導液閥；泵組氣體排出管道，設(shè)計成步步低結(jié)構(gòu)。

2）循環(huán)水從循環(huán)水總管引出，增強冷卻效果。

3）采用了先進的自動化系統(tǒng)。

4）對泵的軸封采用了氮氣正壓保護措施，避免微量氫氟酸氣體對機泵關(guān)鍵部件的腐蝕。

5）三座塔系統(tǒng)設(shè)計選用了三臺干式抽真空泵組，設(shè)計是兩開一備。不僅節(jié)省了投資，而且優(yōu)化了管道設(shè)計，使操作非常靈活。

6）考慮到裝置正常運行后，真空系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣量少，采用了在羅茨泵電機上增加變頻器設(shè)計方案，由真空系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)羅茨泵電機的轉(zhuǎn)速。

5 干式抽真空技術(shù)應(yīng)用效果

從2006年l1月干式抽真空設(shè)備投用后的應(yīng)用情況來看，只要按照啟泵、關(guān)泵程序操作，干式抽真空設(shè)備運行穩(wěn)定，維護工作量比常規(guī)壓縮設(shè)備低。三個塔頂殘壓可穩(wěn)定在1～5 kPa的范圍內(nèi)，真空度的可調(diào)性很好，滿足生產(chǎn)要求。

6 結(jié)論

自2006年l1月至今干式抽真空泵的運行實踐證明，烷基苯廠10萬噸烷基化裝置采用干式抽真空技術(shù)是成功的。從運行效果看，真空度穩(wěn)定，且能耗很低，值得在石化行業(yè)推廣運用。