脫丁烷塔回流泵抽空原因分析與處理方法

李武平 姜志華 石曉棠 武玉雙 蔡博 趙艷輝

（1.中國石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司；2.華北油田公司第五采油廠）

煉廠的脫丁烷塔回流泵是將脫丁烷塔回流罐底的液態(tài)烴一部分作為冷回流返回塔內(nèi)，保持傳質(zhì)傳熱平衡，一部分C4產(chǎn)品作為液化石油氣產(chǎn)品輸出到下一個裝置。常用的泵以離心泵居多，離心泵運(yùn)行過程中，受到離心力的驅(qū)動，液體沿著葉片流道被甩出，甩向葉輪出口，而液體由蝸殼負(fù)責(zé)收集，并且送入排出管。液體從葉輪中獲得能量，使得壓力能和速度適量增加，將液體輸送至生產(chǎn)位置[1]。脫丁烷塔工藝流程如圖1所示。

1 脫丁烷塔回流泵抽空現(xiàn)象及問題提出

石家莊煉化分公司的120×104t/a連續(xù)重整裝置于2014年8月19日首次開車成功，正常工況下，脫丁烷塔的壓力控制在0.9～1.1MPa，回流流量控制在9～10t/h，塔底采出流量控制在4.5～5.0t/h。

該裝置進(jìn)入夏季生產(chǎn)時，隨著外界氣溫的升高，在每天的10點(diǎn)至20點(diǎn)，脫丁烷塔塔頂回流流量就會出現(xiàn)顯著波動（圖2），嚴(yán)重時脫丁烷塔回流泵抽空，致使塔操作紊亂。離心泵抽空會使泵密封面處于干摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致密封件“燒裂”，甚至還會造成整機(jī)過熱等更嚴(yán)重的后果[2]。

2 脫丁烷塔回流泵抽空原因分析

離心泵抽空是其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中常見的故障問題，究其原因可能是受吸入管路堵塞影響或因泵內(nèi)有氣體存在，致使液體無法順利進(jìn)入泵內(nèi)。此外，也有相關(guān)研究指出，可能是有砂石顆粒對離心泵進(jìn)口過濾器造成堵塞或不合理的泵的幾何安裝高度等原因造成[3]。如中海煉化惠州煉化分公司連續(xù)重整裝置2016年發(fā)生脫丁烷塔參數(shù)持續(xù)波動，塔頂氣相流量大于一定數(shù)值后塔的操作容易紊亂，經(jīng)檢查分析原因?yàn)殇@鹽堵塞管路造成操作壓力不平穩(wěn)[4]。

在一定溫度和壓力下，物質(zhì)的液相和氣相可以相互轉(zhuǎn)化，這是物質(zhì)所固有的物理特性。當(dāng)泵葉輪入口附近的最低壓力 pk小于該溫度下被輸送液體的飽和蒸氣壓 pv時，液體在葉輪入口處就會氣化，同時溶解在該液體中的氣體也逸出，形成大量小氣泡。當(dāng)氣泡隨液體流到葉道內(nèi)壓力較高處時，外面液體的壓力高于氣泡內(nèi)氣化壓力，則氣泡會凝結(jié)潰滅，形成空穴，瞬間內(nèi)周圍的液體以極高的速度向空穴沖擊，造成液體相互撞擊，使局部壓力驟然劇增（有時可達(dá)數(shù)百大氣壓），阻礙液體正常流動[5-6]。當(dāng)流道中局部的壓力降低到接近液體在該溫度下的飽和蒸氣壓時，液體中就開始有氣泡產(chǎn)生；當(dāng)氣泡大量產(chǎn)生時，“堵塞”葉輪流道使液流的連續(xù)性被破壞，泵的運(yùn)轉(zhuǎn)特性受到影響，出現(xiàn)“斷裂”工況。這種從氣泡產(chǎn)生到“氣阻斷流”的全過程稱為“汽蝕”，也可叫做“空化抽空”。

圖1 脫丁烷塔工藝流程示意圖

如果電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不夠，不能輸送足夠的功率，對液體做功不夠，會出現(xiàn)間歇抽空的狀態(tài)[7]。

針對煉化分公司脫丁烷塔回流泵抽空的原因，通過應(yīng)用伯努利方程等工程流體學(xué)知識分析計(jì)算管道壓降[8]，應(yīng)用傳熱學(xué)知識分析計(jì)算離心泵入口溫度、估算液化氣的飽和蒸氣壓并與實(shí)際壓力進(jìn)行比對[9-10]，排除了因銨鹽結(jié)晶堵塞管路、管內(nèi)有空氣、泵選型及幾何安裝高度不合理的原因。

在對問題的探索中發(fā)現(xiàn)，脫丁烷塔回流泵出口中，返塔高度約25m，產(chǎn)品出口管線高度約3m，故從儀表和工程設(shè)計(jì)上尋找原因（圖2）。

圖2 脫丁烷塔儀表控制回路示意圖

通過分析發(fā)現(xiàn)，在儀表設(shè)計(jì)控制回路中，泵出口流量與回流罐液位串聯(lián)控制，靈敏塔盤溫度和液化氣出裝置量串級控制。脫丁烷塔塔頂回流流量、液化氣出裝置流量孔板取壓方式錯誤，孔板引壓管應(yīng)為“下引”，現(xiàn)場實(shí)際為“上引”（圖3）。取壓方式的錯誤導(dǎo)致夏季每天10點(diǎn)至20點(diǎn)之間，管路中的氣體被孔板測量到。當(dāng)管道內(nèi)氣態(tài)物質(zhì)較多時，會錯誤地將液化氣產(chǎn)品外甩量加大以平衡泵出口總量，造成實(shí)際返塔液體大量減少，回流泵出口至控制閥之間的管線中氣體大量形成，脫丁烷塔操作壓力下降，泵入口液體壓力下降氣化，進(jìn)而影響泵的運(yùn)行。

圖3 回流、液化氣出裝置現(xiàn)場孔板上引

圖4 回流罐出口減油線現(xiàn)場（已加保溫）

脫丁烷塔回流罐減油線設(shè)計(jì)沒有保溫（圖4），此條管線一到午后，太陽光直曬此管線，造成管路中液化氣因溫度升高而氣化。

為了解決上述問題，在脫丁烷塔回流泵泵體頂部安裝遮陽板，減少陽光直射導(dǎo)致泵體與入口管道升溫，將2塊儀表孔板取壓方式改為“下引”。對脫丁烷塔回流泵的出入口管線全部進(jìn)行了防腐保溫，防止了管路中形成氣體。脫丁烷塔回流、液化氣外甩量控制均改為手動控制，要求脫丁烷塔回流泵換泵時運(yùn)行泵出口閥只開2扣。脫丁烷塔回流、液化氣外甩量控制閥后手閥限位只剩2扣；同時考慮到液化氣在常壓下易氣化的特點(diǎn)，對塔進(jìn)行提壓操作，將塔壓提至0.990MPa；沖洗脫戊烷塔頂空冷，脫戊烷塔頂冷后溫度由70℃降到45℃，更多的輕組分變成液相冷卻下來，去脫丁烷塔輕組分相應(yīng)增多，產(chǎn)量增加，讓脫丁烷塔更易控制。經(jīng)過改造，脫丁烷塔回流泵抽空問題得到了徹底解決。

該問題的徹底解決，避免了離心泵因抽空停運(yùn)造成泵損壞和產(chǎn)品不合格帶來的經(jīng)濟(jì)損失，降低熱能約1400kW/d，同時降低了勞動強(qiáng)度，保證了生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

新疆石西油田

3 結(jié)論

通過對煉化分公司連續(xù)重整裝置脫丁烷塔回流泵抽空問題的分析和成功處理得出：

1）電氣儀表控制引壓管安裝的位置和方式，要根據(jù)油品性質(zhì)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和確定，保證脫丁烷塔回流泵的正常平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）對易氣化的油品要注意管線保溫，防止因溫度變化造成油品相態(tài)不穩(wěn)，對脫丁烷塔回流泵平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響。