工藝冷凝液系統(tǒng)離心泵的改造與運行效果評價

劉江慶 畢同峰（大慶油田化工有限公司甲醇分公司）

工藝冷凝液系統(tǒng)離心泵的改造與運行效果評價

劉江慶 畢同峰（大慶油田化工有限公司甲醇分公司）

合成氨裝置冷凝液系統(tǒng)使用的冷凝液泵是多級離心泵，運行過程中存在平衡盤磨損嚴重、腐蝕泄漏等問題。先前選用的多級泵已不能滿足現(xiàn)有工況，后更換為全不銹鋼材質(zhì)的旋噴泵，滿足了生產(chǎn)要求，此次技改效果顯著，共節(jié)約成本約22.03×104元。

冷凝液泵 旋噴泵 技改效果 效益

1 運行概況

大慶油田化工有限公司甲醇分公司合成氨裝置冷凝液回收系統(tǒng)中，2臺冷凝液泵一轉(zhuǎn)一備，該冷凝液泵是將3套裝置（一甲醇裝置、二甲醇裝置、合成氨裝置）的冷凝液經(jīng)罐收集后增壓，送至合成氨裝置汽提塔冷凝液回收系統(tǒng)。冷凝液最小流量為2 t/h，最大流量為30 t/h，最高溫度為105℃，工作壓力（泵前）為0.15～0.2 MPa，泵后為4.0 MPa。因冷凝液飽和蒸汽壓較高，流量調(diào)節(jié)范圍較大、壓力高，且介質(zhì)內(nèi)含一定量的氣體，系統(tǒng)初設(shè)選用的是多級離心泵，型號為DFIII 25-50*9。

泵的主要性能參數(shù)如下：

流量25 m3/h，H=440 m；材質(zhì)：泵體、泵蓋采用ZG1Cr13；葉輪采用316 L（我國標準牌號為022Cr17Ni12Mo2）；其余過流部件為304（即鉻-鎳不銹鋼）；隔爆型電動機；配套功率Y2-75 kW，n=2 950 r/min，防爆等級EXdIIBT4；防護等級IP54，絕緣級F，電壓380 V。圖1為多級泵的示意圖。

2 故障簡述及原因分析

圖1 多級泵示意圖[1]

由于冷凝液是來自3套裝置的冷凝液，干擾因素多，波動大，而且介質(zhì)具有高壓比、pH值介于6～10之間的特性，原設(shè)計的多級離心泵投運后效果并不理想。運行一段時間，便出現(xiàn)軸承溫度高、軸彎曲、葉輪損壞、平衡盤磨損嚴重、機封頻繁泄漏等問題，影響冷凝液系統(tǒng)的正常運行，雖經(jīng)反復(fù)更換，運行效果仍然不理想。另外，拆開檢查，還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子腔腐蝕嚴重，是冷凝液對泵本體造成了腐蝕，引起了泄漏。經(jīng)冷凝液泵檢修次數(shù)對比分析（圖2），造成泵損壞的原因主要有以下幾個方面：

（1）泵的實際輸出量偏小，大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán)，熱量積聚，汽化現(xiàn)象時有發(fā)生，且時有輕微異常振動出現(xiàn)，再加之冷凝液溫度急劇變化，輕則機封靜環(huán)的強度下降，耐磨性隨之降低，加劇機械密封靜環(huán)密封面的異常磨損，并使密封面錯位貼合不嚴，產(chǎn)生間歇泄漏；重則使熱量急聚，溫度高，導(dǎo)致泵軸彎曲，葉輪損壞。

（2）系統(tǒng)的介質(zhì)是pH值介于6～10之間的含醇污水，設(shè)備在使用過程中腐蝕嚴重，平衡盤磨損嚴重，平衡管或孔有堵塞現(xiàn)象。

（3）軸的徑向摩擦阻力及平衡盤與平衡環(huán)產(chǎn)生夾角引起推力，或者軸向有竄動量導(dǎo)致平衡盤來回摩擦，這也是平衡盤磨損的原因。

原離心泵在正常運轉(zhuǎn)中機械密封泄漏，除少數(shù)是因正常磨損或已達到使用壽命外，大多數(shù)是由于工況變化較大或操作調(diào)節(jié)不及時引起的。另外，機械密封材料的加工工藝和制造工藝等因素也是造成磨損和泄漏的原因。

圖2 冷凝液泵檢修次數(shù)對比

3 泵的重新選型

為保證裝置的安穩(wěn)運行，充分發(fā)揮冷凝液回收裝置節(jié)能減排及環(huán)保達標排放的功能，決定對泵進行重新選型。在流量變化大、高壓比、氣蝕的復(fù)雜工況下，對泵的要求很苛刻，多級泵、往復(fù)泵又容易損壞，已不適宜在裝置的冷凝液系統(tǒng)中運行。2009年分公司結(jié)合一甲醇裝置引進了2臺型號為RS31-3500-15的旋噴泵，用于增壓輸送甲醇殘液，運行狀態(tài)良好。故裝置冷凝液系統(tǒng)選用更適宜運行的單級旋噴泵（又稱皮托管泵）。廠家根據(jù)裝置冷凝液系統(tǒng)的實際工況，提供了2臺RS22-3000-55型單級旋噴泵，以滿足冷凝液系統(tǒng)的要求。

圖3 旋噴泵的結(jié)構(gòu)[2]

旋噴泵的具體參數(shù)如下：

◇泵型號：RS22-3000-55；

◇輸送介質(zhì)：凝結(jié)水pH值為6～10，介質(zhì)密度為0.965，含蒸汽；

◇介質(zhì)溫度：95℃，最高使用溫度120℃；

◇流量調(diào)節(jié)范圍：2～36 t/h；

◇揚程：330～410 m；

◇泵轉(zhuǎn)速：2 980 r/min；

◇壓力：泵允許入口壓力≤1.5 MPa，泵出口壓力＞4 MPa，軸功率55 kW。

對比發(fā)現(xiàn)，原來的多級泵存在很多弊端：

◇結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多級葉輪、導(dǎo)葉串聯(lián)安裝，承受高壓零件多，面積大；

◇2套機械密封，高壓端平衡盤、平衡套磨損后機械密封承受壓力高；

◇雙支撐結(jié)構(gòu)，軸承位于泵的兩端，一旦葉輪腐蝕、磨損或平衡盤、平衡套磨損，軸承受力大；

◇流量小時效率較低；

◇易損件多，備件量大，費用高，維修麻煩，維修時間長。

與離心泵相比，旋噴泵存在很多優(yōu)點：

◇小流量（0～100 m3/h），高揚程（100～1 000 m）；

◇在較低轉(zhuǎn)速（3 000 r/min以內(nèi)）時就能實現(xiàn)很高的揚程（高達500 m）；

◇結(jié)構(gòu)簡單，體積小，運行部件少，幾乎免維護，維修費用低，使用壽命長；

◇密封可靠性強，僅在泵低壓進口處有機械密封，解決了高壓泵普遍存在的高壓密封難題；

◇具有全揚程曲線范圍工作的優(yōu)點，在任一工作點均有穩(wěn)定的液壓，壓力輸出無脈動；

◇抗氣蝕性能良好，可以帶一定量氣體運行，避免液體抽空導(dǎo)致泵的損壞；

◇流量特性曲線平滑，且液體壓力輸出無脈動，很適合對流輸送要求較平穩(wěn)的工況；

◇泵本身不產(chǎn)生軸向力，軸向力主要來源于進口壓力；

◇所有密封件均采用可靠性好的進口產(chǎn)品，機械密封為硬質(zhì)合金的單端面機械密封；

◇性能的調(diào)節(jié)可以通過改變泵的轉(zhuǎn)速或更換不同尺寸的接收管來實現(xiàn)；

·泵腔內(nèi)部的所有零部件均容易安裝拆卸，包括機封在內(nèi)，都可以很方便地維護。

另外，旋噴泵沒有級間的密封環(huán)，所以不會出現(xiàn)密封環(huán)磨損和侵蝕而導(dǎo)致密封間隙增大、泵性能下降的情況。多級泵軸長，易彎曲變形甚至振動，使中間軸承磨損，軸系不穩(wěn)定，而旋噴泵軸短，軸系穩(wěn)定性好；多級泵軸向力平衡較困難，一般采用平衡盤，隨著平衡盤的磨損，軸向力改變，常常出現(xiàn)軸向力突然增加而導(dǎo)致軸承和整機的損壞。多級泵雖然揚程較高，但由于級數(shù)過多，級間摩擦磨損的環(huán)節(jié)過多，一旦其中一級出現(xiàn)損壞，則分解和維修就較困難。

4 改造效果

2010年2月對冷凝液系統(tǒng)泵進行了改造，至今已連續(xù)運行1年多，運行狀況正常，兩端機封使用情況良好，沒有發(fā)生軸彎曲、葉輪損壞等現(xiàn)象，泄漏明顯減少。維護工作量幾乎為零，延長了設(shè)備的使用壽命，滿足了工藝生產(chǎn)的需要。

無論從泵的本身，還是從節(jié)能降耗、安全和環(huán)保的角度出發(fā)，這次技改效果均顯著。從實際運行情況看，旋噴泵具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、費用少、運行可靠的優(yōu)點，泵的檢修費用明顯下降，檢修工作量也大大減少。從環(huán)保和節(jié)水方面考慮，冷凝液不再外排，含甲醇和氨等雜質(zhì)的冷凝液被汽提后在指標范圍內(nèi)的合格冷凝液所取代，實現(xiàn)了污水零排放。

改造取得的經(jīng)濟效益如下：

（1）電耗

原多級泵的運行電流：63 A。

電動機消耗的功率：37.32 kW，即1 h耗電37.32 kW·h。

旋噴泵的電流：24 A。

電動機消耗的功率：14.22 kW，即1 h耗電14.22 kW·h。

全年按330天運行計算，改造后1年可節(jié)電18.3×104kW·h。每kW·h電按0.57元計算，每年可節(jié)約電費約10.43×104元。

（2）材料費用和維修費用：原泵自2008年10月投用至2010年2月更換轉(zhuǎn)子、葉輪、機械密封等易損件共計5.8×104元。

（3）2009年1月至2010年2月冷凝液系統(tǒng)因泵的原因停車20次，每次停車按24 h、1 h回收冷凝液26 t計算，由于泵損壞停用造成整個環(huán)?；厥障到y(tǒng)停用，多消耗的新鮮水為12 480 t，每噸新鮮水按4.70元計算，每年可節(jié)約新鮮水費約為5.8×104元。

如果因冷凝液回收系統(tǒng)停車、環(huán)保不合格，而導(dǎo)致2套甲醇裝置精餾部分和合成氨裝置停車，其間接損失將不可估算。

綜上所述，改造后1年累計節(jié)約成本22.03×104元。

5 結(jié)束語

新泵自2010年3月投用后至今已累積連續(xù)運轉(zhuǎn)330天。冷凝液泵改造后效果明顯，備品備件的消耗大為降低，維護和檢修的工作量大大減少，經(jīng)濟效益顯著。

[1]化工機械手冊—多級離心泵[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995.

[2]旋噴泵操作使用說明書.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院，2009.

Evaluation for the Improvement of Centrifugal Pump in the Process Condensate Treatment System

Liu Jiangqing and Bi Tongfeng

Condensate pump，Jet pump，Technical effects，Benefit

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.016

2011-04-02）

劉江慶，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，主要從事設(shè)備管理及裝置檢修工作，E-mail：liujiangqiang@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田化工有限公司甲醇分公司，163411。

The multi-stage centrifugal pumps are used in the condensate system.There are some problems during operation，such as balance dish worn seriously and leakage by corrosion.So the multi-stage centrifugal pumps chosen previously can not meet the existing conditions yet.To satisfy the production requirements，the jet pumps made by stainless-steel must be used.The tatal cost saved is about 22.03×104Yuan.