某雙氧水項(xiàng)目中氫化工作液輸送泵的選型

賀雅（東洋工程（上海）有限公司， 上海 200122）

某雙氧水項(xiàng)目中氫化工作液輸送泵的選型

賀雅（東洋工程（上海）有限公司， 上海 200122）

化工項(xiàng)目中，泵的合理選型對(duì)于物料的成功輸送以及裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性具有至關(guān)重要的意義。本文通過(guò)對(duì)某雙氧水項(xiàng)目中氫化工作液輸送泵操作工況的分析，確定了該泵的性能參數(shù)及工藝要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)備布置，管道布置，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總圖要求，以及泵本身的制造檢修難度，項(xiàng)目進(jìn)度要求，成本因素等各方面的影響，確定以API610標(biāo)準(zhǔn)制造的BB2（Side-Side-Inline）類型作為該泵的最終選型。

泵；結(jié)構(gòu)類型；OH2；BB1；BB2

1　工藝流程簡(jiǎn)述

本項(xiàng)目采用蒽醌法制備雙氧水工藝技術(shù)。該法采用鈀觸媒流化床氫化新工藝，在鈀觸媒存在下將工作液中的2-乙基蒽醌，經(jīng)催化氫化還原為2-乙基氫蒽醌，再經(jīng)過(guò)空氣氧化生成雙氧水，再用去離子水萃取氧化后的工作液，提純?yōu)檩^高濃度的雙氧水，然后經(jīng)真空蒸餾純化和濃縮可得到70%濃度的雙氧水。同時(shí)2-乙基氫蒽醌轉(zhuǎn)變?yōu)?-乙基蒽醌，再進(jìn)入氫化循環(huán)。

按以上工藝流程，本項(xiàng)目主工藝裝置由五個(gè)單元組成：氫化及過(guò)濾單元，氧化及抽提單元，廢氣及溶劑處理單元，還原單元，以及提濃單元。其中氫化及過(guò)濾單元和氧化及抽提單元做為產(chǎn)品雙氧水生產(chǎn)的反應(yīng)單元，是本項(xiàng)目的核心所在。

后處理工序再生的循環(huán)工作液（有效組分為2-乙基蒽醌和四氫2-乙基蒽醌）和補(bǔ)加的新配制的（有效組分為2-乙基蒽醌） 工作液經(jīng)預(yù)熱后，與氫氣一并由氫化塔頂部加入，氫化后的工作液由氫化塔底出來(lái)，過(guò)濾后進(jìn)入氧化塔供料罐，然后由氫化工作液輸送泵送往氧化塔頂部，氫化液和工藝空氣反向接觸并進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成H2O2、2-乙基蒽醌和四氫2-乙基蒽醌等。

氫化工作液輸送泵作為聯(lián)系兩個(gè)主要反應(yīng)單元的輸送設(shè)備，在整個(gè)裝置中起著承上啟下的重要作用。同時(shí)，該泵也是本項(xiàng)目中流量和功率最大的一臺(tái)泵。因此，該泵的選型將直接影響到整個(gè)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

2　氫化工作液輸送泵的性能要求

本裝置中氫化工作液輸送泵共有兩條輸送路徑，三種操作工況：

最大操作工況（結(jié)垢過(guò)濾器）：設(shè)計(jì)流量為1500m3/h；

最小操作工況（干凈過(guò)濾器）：設(shè)計(jì)流量為800m3/h；

開(kāi)汽工況（干凈過(guò)濾器）：設(shè)計(jì)流量為365m3/h

路徑一：

圖2-1　主工藝流程（工作液輸送至氧化單元）

路徑二：

圖2-2　工作液循環(huán)再生流程

路徑一作為主工藝流程，輸送工作液至下個(gè)單元（氧化單元）；路徑二為工作液循環(huán)再生流程。

根據(jù)路徑一，在過(guò)濾器S150清潔的情況下，揚(yáng)程為51m，結(jié)垢時(shí)，揚(yáng)程為105m；根據(jù)路徑二，在過(guò)濾器S413清潔的情況下，揚(yáng)程僅為29m，結(jié)垢時(shí)，揚(yáng)程為74m；開(kāi)汽工況下，僅需考慮路徑一，且過(guò)濾器S150為清潔狀態(tài)，故揚(yáng)程為51m。

綜合以上操作情況，總結(jié)并選擇設(shè)計(jì)工況如下：

最大操作工況（過(guò)濾器結(jié)垢）：流量為1500m3/h， 揚(yáng)程為110m；

最小操作工況（過(guò)濾器清潔）：流量為800m3/h， 揚(yáng)程為51m；

開(kāi)汽工況（過(guò)濾器清潔）：流量為365m3/h， 揚(yáng)程為51m；

氫化工作液輸送泵的選用需滿足最苛刻工況，即最大操作工況時(shí)的要求。從該泵的輸送的介質(zhì)特性（比重：0.914，粘度：1.1MPa?s）及操作條件（入口壓力0.025MPa，操作溫度為57℃）來(lái)看，應(yīng)選用離心泵。但由于考慮到該泵在整個(gè)裝置中的重要性，要求該泵的制造采用API610標(biāo)準(zhǔn)，以確保該泵在運(yùn)行中的高可靠性。

在專利商提供的工藝包中，初步采用OH2結(jié)構(gòu)類型，但由于該裝置的生產(chǎn)能力為專利商所實(shí)施的最大規(guī)模，因此對(duì)此等規(guī)模的泵選用經(jīng)驗(yàn)不足，該泵的選型仍需進(jìn)一步研究。

3　幾種API610離心泵結(jié)構(gòu)類型的比較

API610（第11版）《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》綜合考慮多項(xiàng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將離心泵分成不同的類型。根據(jù)第2章中的操作條件初步篩選，考慮可采用OH2，BB1，BB2其中一種。且對(duì)于BB2類型的泵，根據(jù)不同的進(jìn)出口位置，有三種形式可以選擇：介質(zhì)上進(jìn)上出，介質(zhì)側(cè)進(jìn)側(cè)出（異側(cè)，水平同軸線），介質(zhì)側(cè)進(jìn)側(cè)出（同側(cè)）。

結(jié)合本項(xiàng)目特征，這幾種結(jié)構(gòu)類型比較如下：（增加中英文對(duì)照的表頭）

型T Y P E外形圖O U T L I N E結(jié)構(gòu)特征C H A R A C T E R I S T I C S結(jié)構(gòu)類優(yōu)點(diǎn)A D V A N T A G E S缺點(diǎn)S H O R T C O M I N G S O H 2徑向剖分；單吸；懸臂式；泵體在中心線位置由底座支撐；介質(zhì)側(cè)進(jìn)上出1 . 比較常見(jiàn)；2 . 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；3 . 成本較低；4 . 易于維修1 . 接近適用范圍的臨界點(diǎn)；2 . 無(wú)類似的使用經(jīng)驗(yàn)；3 . 軸向推力較大；4 . 震動(dòng)較大；5 . 穩(wěn)定性和可靠性較差B B 1軸向剖分；雙吸；兩端支撐；進(jìn)出口水平同軸線1 . 適用于高流量，低壓力和溫度介質(zhì)；2 . 易于維修；3 . 較低的軸向推力和震動(dòng)1 . 在機(jī)械制造，裝配及操作方面要求高；2 .剖分部件的密封制造難度大；3 . 剖分部件的泄露風(fēng)險(xiǎn)性高；4 . 價(jià)格昂貴；5 .國(guó)內(nèi)供應(yīng)商較少；6 .檢修難度大B B 2（T o p -T o p）徑向剖分；雙吸；兩端支撐；介質(zhì)上進(jìn)上出1 . 價(jià)格昂貴；2 . 需要上游設(shè)備具有較高的標(biāo)高；3 .在該項(xiàng)目中對(duì)于管道布置影響較大B B 2（S i d e -S i d e -I n l i n e）徑向剖分；兩端支撐；介質(zhì)側(cè)進(jìn)側(cè)出，出入口水平同軸線1 . 適用于高溫高壓的介質(zhì)；2 .較低的軸向推力和震動(dòng)；3 . 穩(wěn)定性和可靠性高B B 2（S i d e -S i d e -S a m e）1 . 價(jià)格昂貴；2 . 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；3 . 制造周期長(zhǎng)徑向剖分；兩端支撐；介質(zhì)側(cè)進(jìn)側(cè)出，出入口同側(cè)上下排列

4　適用性分析

泵的選型首先必須滿足工藝要求。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮成本，項(xiàng)目進(jìn)度，供應(yīng)商的制造難度，以及其他方面的影響。

（1）工藝要求 根據(jù)第2章對(duì)該泵操作工況的分析，該泵的特殊性在于流量大，功率大，運(yùn)行震動(dòng)大，對(duì)運(yùn)行的可靠性要求高。被輸送的氫化工作液是以C10重芳烴以及高效極性溶劑四丁基脲為溶劑，存在較大的毒性和火災(zāi)危險(xiǎn)性（丙類），因此，一旦泄露，會(huì)有火災(zāi)的危險(xiǎn)，且對(duì)環(huán)境和人員的危害較大。

OH2類型的泵為懸臂型泵，泵體在中心線位置由底座支撐，后軸承座不設(shè)支撐。這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但軸向推力較大，震動(dòng)較大，一般用于功率低于375kW的場(chǎng)合。而該泵流量要求最大為1500m3/h，預(yù)計(jì)功率可達(dá)500kW，在這種情況下，該類型的泵運(yùn)行的可靠性難以預(yù)期。

BB1類型的泵為兩端支撐，具有較低的軸向推力，震動(dòng)較小，因此運(yùn)行的穩(wěn)定性比OH2類型的泵大大增加。但該類型的泵殼體為軸向剖分，在機(jī)械制造，裝配及操作方面的要求高，且剖分部件的制造難度大，泄露風(fēng)險(xiǎn)性高。根據(jù)API610的要求，在制造軸向剖分的泵殼體時(shí)，要考慮到以下幾條因素。

①設(shè)計(jì)壓力與額定壓力的裕量；②制造商的類似的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；③剖分部件的設(shè)計(jì)與制造；④用戶現(xiàn)場(chǎng)檢修重新組裝的能力。

因此，如果采用此種類型的泵，不但對(duì)制造商的加工工藝水平有很高的要求，而且對(duì)于用戶的能力要求也很高。

BB2類型的泵為兩端支撐，具有較低的軸向推力，震動(dòng)較小，且該類型的泵殼體為徑向剖分，因此該類型的泵在機(jī)械制造，裝配及操作方面的要求較BB1類型低，剖分部件的制造難度及泄露風(fēng)險(xiǎn)性均小于BB1類型的泵。

從工藝的要求來(lái)看，BB1和BB2兩種類型均能滿足要求。但BB2在制造方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。

（2）制造難度 通過(guò)對(duì)多個(gè)國(guó)際知名泵制造商的調(diào)查和咨詢，在本項(xiàng)目的工藝要求下，這幾種類型的泵的生產(chǎn)制造情況如下：

對(duì)于OH2類型的泵，有多家可以生產(chǎn)，但均無(wú)在最大流量下的使用經(jīng)驗(yàn)，因此，在運(yùn)行流量為1500m3/h時(shí)，無(wú)法保證運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

對(duì)于BB1類型的泵，僅有一家可以生產(chǎn)。

對(duì)于BB2（Top-Top）類型的泵，此類型為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，多家制造商均可生產(chǎn)。

對(duì)于BB2（Side-Side-Inline）類型的泵，僅一家國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)，但仍需國(guó)外專家設(shè)計(jì)。

對(duì)于BB2（Side-Side-Same）類型的泵，有兩家可以生產(chǎn)，其中一家需國(guó)外專家設(shè)計(jì)。

（3）其它專業(yè)的影響 由于來(lái)自專利商的設(shè)備及管道均按照OH2類型進(jìn)行布置，因此，在發(fā)現(xiàn)該類型不適用于本項(xiàng)目時(shí)，重新選型時(shí)必須考慮對(duì)項(xiàng)目整體布置及對(duì)其它專業(yè)設(shè)計(jì)的影響。

①BB2（Top-Top）類型。如果改為BB2（Top-Top）類型，該泵的入口管嘴高1.75m，管徑為DN600，加上泵基礎(chǔ)高度，則入口水平管標(biāo)高至少需3m。而該泵上游的氧化器進(jìn)料罐R140的高度應(yīng)超過(guò)泵入口，因此R140的基礎(chǔ)需抬高至2.5m。

由于入口管需從地面抬高至3m位置，抬高后，占用了原D412A/B/C的操作平臺(tái)的空間，因此，水平方向上，結(jié)構(gòu)的水平跨距需由6m擴(kuò)至至少7.5m。

由于R140的抬高，其所在位置鋼結(jié)構(gòu)層高需增加2m。

最重要的是，由于R140的抬高，如果其上游設(shè)備加氫反應(yīng)器（G120）不隨之抬高，則至R140的重力流變得無(wú)法實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿足專利商的工藝要求。而如果G120也相應(yīng)抬高，隨之帶來(lái)的一系列的設(shè)計(jì)變更難以估量，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行造成巨大的影響。

②BB1或BB2（Side-Side-Inline）類型。BB1和BB2（Side-Side-Inline）類型的泵外形尺寸和進(jìn)出口位置基本一致，因此，對(duì)其它專業(yè)的影響可以一并考慮。

改用BB1和BB2（Side-Side-Inline）類型的泵，在垂直方向上對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的層高沒(méi)有影響。但是，在水平方向上，由于管道布置的改變及操作檢修空間的重新考慮，整體框架必須擴(kuò)大至少2m。擴(kuò)大后與其它單元的間距仍符合國(guó)標(biāo)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求。因此，對(duì)全廠總圖的影響不大。

③BB2 （Side-Side-Same）類型。BB2 （Side-Side-Same）類型的泵，泵的外形尺寸和出入口位置同OH2類型最為接近，因此對(duì)于設(shè)計(jì)的影響最小，無(wú)論在水平還是垂直方向，結(jié)構(gòu)框架均不需改動(dòng)，管道布置的改動(dòng)也最少。

（4）進(jìn)度因素 根據(jù)各制造商的反饋信息，這幾種類型的泵均可實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)或局部部件進(jìn)口，國(guó)內(nèi)組裝，不需要整機(jī)進(jìn)口。因此，均能滿足項(xiàng)目的進(jìn)度要求。

（5）成本因素 從各制造商的報(bào)價(jià)情況來(lái)看，該泵的幾種不同類型的價(jià)格由高到低依次為：BB1，BB2（Side-Side-Same），BB2（Side-Side-Inline），BB2（Top-Top），OH2。

5　結(jié)語(yǔ)

綜合以上適用性分析，最終選定API610制造標(biāo)準(zhǔn)的BB2（Side-Side-Inline）類型的離心泵作為該氫化工作液輸送泵的最終選型。OH2類型的泵由于是懸臂式支撐，在該泵的最大操作流量下，無(wú)法滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求；BB1類型的泵由于其泵殼軸向剖分，泄露風(fēng)險(xiǎn)高，且對(duì)業(yè)主的檢修能力要求高，且由于其制造難度造成價(jià)格也高，故不推薦使用；BB2（Top-Top）由于其結(jié)構(gòu)形式對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)影響巨大，因此也不適合使用；BB2 （Side-Side-Same）雖然從設(shè)計(jì)的角度考慮適合使用，但考慮到其非標(biāo)設(shè)計(jì)，價(jià)格高于BB2（Side-Side-Inline），且將來(lái)工廠長(zhǎng)期運(yùn)行中的維修費(fèi)用及備品備件費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)較高。因此，綜合以上幾個(gè)方面，最終認(rèn)為BB2（Side-Side-Inline）為該泵最適合的選型。

根據(jù)該泵選型情況的分析，可以看出，化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，在選定有特殊需求的泵時(shí)，首先要分析其各種運(yùn)行工況，確認(rèn)該泵的工藝要求，在滿足工藝要求的情況下，綜合考慮專業(yè)間設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，市場(chǎng)情況，項(xiàng)目進(jìn)度要求，成本控制要求等各方面的影響因素，最終選出既滿足工藝要求，又具有實(shí)際的可實(shí)施性，安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)合理的類型。

［1］全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)泵技術(shù)委員會(huì).工業(yè)泵選用手冊(cè)（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.9.

［2］王松漢（主編）.石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，第3卷，化工單元過(guò)程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［3］GB50160-2008石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［S］，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布.

［4］林霞，陳波.化工離心泵選型［J］.通用機(jī)械，2010，（1）.

［5］仇東麗，王達(dá)，于天玲.石油化工泵的選型研究［J］.山東化工，2013，42（5）.

［6］鄒德宇（主編）.工業(yè)泵設(shè)計(jì)選用安裝與運(yùn)行維護(hù)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］，北京：中國(guó)機(jī)械電子出版社，2003.

［7］關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)［M］，北京：宇航出版社，1995.

［8］Centrifugal Pumps for Petroleum， Petrochemical and Natural Gas Industries， ANSI/API STANDARD 610 ELEVENTH EDITION， SEPTEMBER 2010.American Petroleum Institute.

賀雅（1974- ），女，漢族，河南省三門峽市澠池縣，碩士，工程師，化工工藝工程師，研究方向：化工工程設(shè)計(jì)。