大型乙烯裝備用急冷油和急冷水泵國(guó)產(chǎn)化必要性

李勝群 姚瀚

【摘要】隨著煉油行業(yè)的迅猛發(fā)展，以及化工行業(yè)對(duì)乙烯原料的大量需求，大型乙烯裝置的建設(shè)刻不容緩，打破國(guó)外對(duì)大型乙烯裝備技術(shù)的壟斷勢(shì)在必行。急冷油、水泵的國(guó)產(chǎn)化，對(duì)我國(guó)自主建設(shè)大型乙烯裝置具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】乙烯裝置；急冷油泵；急冷水泵

1.研究的目的和意義

乙烯是石油化工行業(yè)的基礎(chǔ)原料之一，通過(guò)乙烯的聚合、氧化、鹵化（包括氧氯化）、烷基化、水合、羰基化、齊聚等反應(yīng)，可以獲得多種重要的化工原料，百萬(wàn)噸乙烯及配套項(xiàng)目每年可為社會(huì)提供乙烯等化工基礎(chǔ)原料320萬(wàn)噸、高端合成樹脂和化纖150萬(wàn)噸，對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但乙烯現(xiàn)有生產(chǎn)能力還遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，仍需要進(jìn)一步提高。100萬(wàn)噸/年乙烯比50萬(wàn)噸/年乙烯裝置可降低成本25%，比30萬(wàn)噸/年乙烯裝置可降低成本40%。由此看來(lái)，800萬(wàn)～1000萬(wàn)噸/年煉油裝置和80萬(wàn)～100萬(wàn)噸/年乙烯裝置是今后石化工業(yè)的發(fā)展方向。作為石化業(yè)龍頭產(chǎn)品的乙烯，其產(chǎn)量大小是衡量一個(gè)國(guó)家石油和化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。為了縮短與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全，國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)政策，積極鼓勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)大型乙烯成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。例如：《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》中提出：以一批大型乙烯項(xiàng)目為國(guó)產(chǎn)化依托工程，通過(guò)引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新和自主開發(fā)，實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)噸級(jí)大型乙烯成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化；《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中指出：以石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃確定的工程為依托，以百萬(wàn)噸級(jí)大型乙烯等重大裝備涉及的大型壓縮機(jī)、關(guān)鍵泵閥等為重點(diǎn)，推進(jìn)石化裝備自主化。乙烯行業(yè)的快速發(fā)展，將推動(dòng)配套重大技術(shù)裝備的發(fā)展。急冷油、水泵是乙烯裝置中的重要設(shè)備之一，由于多方面原因，長(zhǎng)期依賴于進(jìn)口。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)泵行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，制造水平明顯提高，這為急冷油、水泵的國(guó)產(chǎn)化提供了前提和保證。在發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家對(duì)重大裝備的需求日益增多，這些設(shè)備不可能完全依賴進(jìn)口，外國(guó)也不能全部提供給中國(guó)。乙烯裝置用泵的國(guó)產(chǎn)化既能減少項(xiàng)目投資，又對(duì)提高國(guó)內(nèi)制造廠水平、振興民族工業(yè)具有重要意義。

2.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)外乙烯技術(shù)發(fā)展較早，長(zhǎng)期以來(lái)一直處于領(lǐng)先地位，發(fā)展至今，技術(shù)日趨完善。而我國(guó)尚不具備100萬(wàn)噸/年乙烯裝置用急冷油、水泵的制造業(yè)績(jī)。目前國(guó)內(nèi)百萬(wàn)噸乙烯裝置中急冷油、水泵機(jī)組一直采用進(jìn)口設(shè)備，國(guó)內(nèi)泵廠沒有研制使用的機(jī)會(huì)，近年來(lái)通過(guò)與設(shè)計(jì)院交流和對(duì)武漢乙烯、撫順石化急冷油、水泵的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)該泵的使用介質(zhì)、運(yùn)行條件參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及機(jī)組配套等情況有了較為詳細(xì)的了解和掌握，具體情況如下：

2.1急冷水泵

性能參數(shù)：武漢乙烯：流量Q=2075m3/h，揚(yáng)程H=116m，溫度83℃，配套功率P=900kW，轉(zhuǎn)速n=1480r/min。撫順乙烯：流量Q=3003m3/h，揚(yáng)程H=131m，溫度118℃ 配套功率P=1450kW，轉(zhuǎn)速n=1488r/min。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵結(jié)構(gòu)為單級(jí)、雙吸、臥式、水平中開式，進(jìn)出口法蘭水平布置，側(cè)進(jìn)側(cè)出，軸封采用機(jī)械密封，軸承采用滾動(dòng)軸承，甩油環(huán)式稀油潤(rùn)滑。驅(qū)動(dòng)方式：主泵為汽輪機(jī)加齒輪箱驅(qū)動(dòng)、備泵為電機(jī)直聯(lián)。儀表控制系統(tǒng)：汽動(dòng)泵透平帶聯(lián)鎖，電動(dòng)泵組無(wú)聯(lián)鎖。

2.2急冷油泵

性能參數(shù)：流量Q=3500m3/h，揚(yáng)程H=140m，配套功率P=1460kW，泵轉(zhuǎn)速n=1480r/min。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵結(jié)構(gòu)為單級(jí)、雙吸、臥式、水平中開式，進(jìn)出口法蘭水平布置，側(cè)進(jìn)側(cè)出，軸封采用填料密封，軸承采用滾動(dòng)軸承，甩油環(huán)式稀油潤(rùn)滑。驅(qū)動(dòng)方式：主泵為汽輪機(jī)加齒輪箱驅(qū)動(dòng)、備泵為電機(jī)直聯(lián)。儀表控制系統(tǒng)：汽動(dòng)泵透平帶聯(lián)鎖，電動(dòng)泵組無(wú)聯(lián)鎖。

3.項(xiàng)目的研發(fā)

3.1主要研制內(nèi)容

單級(jí)雙吸泵水力模型有兩大系列，一是sh水泵系列，流量最大達(dá)到11000m3/h，比轉(zhuǎn)數(shù)從60到280，有十幾個(gè)模型，二是DSJH流程泵系列（美國(guó)進(jìn)口），流量最大達(dá)到1700m3/h，揚(yáng)程達(dá)300m，也有十幾個(gè)模型。單級(jí)雙吸水平中開式水泵是一個(gè)主要系列產(chǎn)品，針對(duì)百萬(wàn)噸乙烯的參數(shù)，急冷油、水泵的水力設(shè)計(jì)主要是提高效率；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)組的成套設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是泵的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

3.2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析

開展轉(zhuǎn)子系統(tǒng)濕態(tài)臨界轉(zhuǎn)速、模態(tài)分析、基于Galerkin法和線性模態(tài)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力建模、水動(dòng)力和溫度載荷作用下非線性彎曲振動(dòng)同步響應(yīng)求解、小幅變參數(shù)下受擾穩(wěn)態(tài)同步響應(yīng)的穩(wěn)定性分析。多場(chǎng)（水動(dòng)、溫度等）環(huán)境下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在正常服役（設(shè)計(jì)工況及小擾動(dòng)）時(shí)的穩(wěn)態(tài)自激振動(dòng)響應(yīng)。建立泵機(jī)組軸系統(tǒng)和支承基礎(chǔ)耦聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型，研究以軸承作為關(guān)鍵連接體系的耦聯(lián)作用機(jī)理。

3.3泵的過(guò)流部件優(yōu)化設(shè)計(jì)

利用CFD技術(shù)，采用數(shù)值試驗(yàn)的方法，應(yīng)用NREC或NUMECA設(shè)計(jì)程序，完成自泵進(jìn)口到出口的包括子午流道和葉片通道在內(nèi)的完整的通流設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使設(shè)計(jì)性能參數(shù)滿足技術(shù)規(guī)格書中的規(guī)定。

3.4泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

急冷油、水泵結(jié)構(gòu)為單級(jí)、單吸兩端支承式，徑向剖分，進(jìn)出口垂直向上，中心線支撐。泵組設(shè)計(jì)有符合API610標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)合底座，電動(dòng)泵組電機(jī)與泵直聯(lián)，汽動(dòng)泵組汽輪機(jī)、齒輪箱、泵置于聯(lián)合底座上。軸封采用機(jī)械密封，采用自沖洗（API PLAN21）。軸承采用徑向軸瓦，推力軸承采用滾動(dòng)軸承。

3.5主要零件材料選用

根據(jù)急冷水泵的性能、強(qiáng)度、剛度等方面的要求，其主要零件材料選用符合API610中C-6材質(zhì)。急冷油泵泵體、泵蓋和葉輪的材料采用鐵素體和馬氏體合金鑄鋼ZG08Cr12Ni4Mo1G。

4.經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景

乙烯是石化工業(yè)的“龍頭”，以乙烯為原料，可繁衍一系列關(guān)聯(lián)密切的工業(yè)企業(yè)。萬(wàn)噸煉油百萬(wàn)噸乙烯每年可為社會(huì)提供清潔燃料617萬(wàn)噸、化工產(chǎn)品295萬(wàn)噸，部分產(chǎn)品是延伸石化產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)原料，可極大帶動(dòng)周邊區(qū)域，形成精細(xì)化工、新型材料等石化下游產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)集群。國(guó)內(nèi)石化工業(yè)處于發(fā)展的黃金期，目前立項(xiàng)的乙烯項(xiàng)目很多，且裝置規(guī)模大都在百萬(wàn)噸級(jí)。該項(xiàng)目的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)百萬(wàn)噸乙烯急冷泵設(shè)計(jì)制造的零突破，實(shí)現(xiàn)了百萬(wàn)噸乙烯急冷泵的國(guó)產(chǎn)化，打破了國(guó)外壟斷，為今后乙烯裝備的國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介

勝群（1989-），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，大學(xué)本科，助理工程師。

姚瀚（1988-），男，遼寧省錦州市人，大學(xué)本科，助理工程師。