煤制乙二醇裝置DMO加壓泵選型應(yīng)用

湯虎(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

乙二醇(ethylene glycol，簡稱EG)，目前主要用于制聚酯滌綸、聚酯樹脂等，可生產(chǎn)合成樹脂PET、纖維級PET即滌綸纖維等，還可用于工業(yè)冷量的輸送即載冷劑等。近十年來，隨著乙二醇需求大幅增加，國內(nèi)煤制乙二醇裝置規(guī)模也逐年攀升，從最初產(chǎn)能10萬噸/年的裝置，到近年已成功運行的20萬噸/年煤制乙二醇裝置，甚至40萬噸/年以上規(guī)模的裝置也在建設(shè)或即將投料試車，工藝流程也愈發(fā)成熟。

本文討論的即為煤制乙二醇裝置中的核心設(shè)備：DMO加壓泵(根據(jù)不同工藝包，名稱略有不同)，主要負責(zé)將來自DMO精制工序的精DMO經(jīng)DMO緩沖罐緩沖后，用DMO加壓泵增壓到3.5MPa后送DMO汽化塔，在DMO汽化塔中，DMO與循環(huán)氣充分混合，后進入裝有銅-硅催化劑的加氫反應(yīng)器，發(fā)生加氫反應(yīng)生成乙二醇并得到甲醇副產(chǎn)品。此泵的運行穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到整個乙二醇裝置的生產(chǎn)效能及安全生產(chǎn)。

在煤制乙二醇裝置的工藝參數(shù)中，此泵的流量相對較小，揚程比較高，且輸送介質(zhì)DMO(草酸二甲脂)容易結(jié)晶，結(jié)晶溫度54℃，然而近年來，隨著乙二醇裝置的產(chǎn)能日益增大，對DMO加壓泵的流量要求也隨之上升，對泵型的選擇更為復(fù)雜。本文將選擇三種已經(jīng)在小規(guī)模裝置中有使用業(yè)績的泵型：臥式高速泵、多級屏蔽離心泵、多級離心泵(BB4)，結(jié)合榮信40萬噸煤制乙二醇裝置DMO加壓泵的工藝參數(shù)，對三種泵型在40萬噸煤制乙二醇裝置中的應(yīng)用進行比較和分析。

1 泵結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 臥式高速泵

臥式高速離心泵的基本結(jié)構(gòu)由泵頭、增速齒輪箱、電動、膜片聯(lián)軸器和潤滑系統(tǒng)等組成，見圖1。高速泵的基本工作原理是利用增速箱的增速作用使工作葉輪獲得數(shù)倍于普通離心泵葉輪的工作轉(zhuǎn)速，它利用提高葉輪轉(zhuǎn)速，加大葉輪外沿的流體線速度，達到高揚程的目的。

高速泵的主要優(yōu)點：①轉(zhuǎn)速高，體積小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，占地少；②采用單級葉輪，主軸采用斜齒輪傳動，斜齒輪的軸向力和葉輪軸向力剛好相反，平衡了大部分的軸向力；③泵的吸入口附近可以安裝誘導(dǎo)輪，使泵在使用范圍內(nèi)具有更好的吸入性能，降低泵的必需汽蝕余量；④輸送易結(jié)晶介質(zhì)時，由于泵的流道短，泵頭小，泵本體方便設(shè)置保溫夾套，適合輸送易結(jié)晶介質(zhì)。其缺點：由于轉(zhuǎn)速高，機械密封、軸承壽命短，軸承潤滑、冷卻系統(tǒng)復(fù)雜、易損件多，增加維修成本。

1.2 多級離心泵(BB4)

多級離心泵(BB4)的基本構(gòu)造是由多級葉輪、吸入段、中段、出口段、軸、軸承箱、平衡盤、密封組件、電機、膜片聯(lián)軸器等部件構(gòu)成。多級離心泵(BB4)的工作原理是電機帶動葉輪快速旋轉(zhuǎn)，液體在離心力作用下向葉輪外緣流動，有壓的液體再沿級間出水流道進入下一級葉輪進口，第二級葉輪繼續(xù)對液體做功，再次增加液體的壓能，如此反復(fù)，直至末級葉輪，最后經(jīng)壓出室排出泵外。

多級離心泵(BB4)主要優(yōu)點：①多級離心泵采用高效節(jié)能的水力模型設(shè)計；②揚程可通過改變泵級數(shù)( 葉輪數(shù)量) 來滿足不同要求，故適用范圍廣；其缺點：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜、葉輪較多轉(zhuǎn)子長、兩套機械密封、易損件多、備件量大等，增加維修費用；②泵無法設(shè)置保溫夾套，只能現(xiàn)場增加外置伴熱盤管和保溫，一旦介質(zhì)結(jié)晶，多級離心泵檢維修很麻煩。

圖2 多級離心泵(BB4)結(jié)構(gòu)簡圖

1.3 多級屏蔽泵

多級屏蔽泵是離心泵和三相交流電機的共同體，過流部件直接與驅(qū)動電機軸相連，共同組成轉(zhuǎn)子部件，同時利用屏蔽套將電機的轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子在輸送的介質(zhì)中運轉(zhuǎn)，其動力通過定子磁力場傳給轉(zhuǎn)子。

多級屏蔽泵主要優(yōu)點：①屏蔽套嵌在定子內(nèi)側(cè)以隔離轉(zhuǎn)子腔和定子腔，使工藝介質(zhì)完全無泄漏，適合輸送易燃、易爆、有毒及腐蝕性液體。②哈氏合金定子屏蔽套，采用特殊工藝滾壓成型，精度高、質(zhì)量好、無焊接缺陷，導(dǎo)磁率高，抗腐蝕性強；③運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，不需要加潤滑油；④泵本體可以設(shè)置保溫夾套，適合輸送易結(jié)晶介質(zhì)。其缺點：①多級屏蔽泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配精度要求高；②泵的滑動軸承用被輸送介質(zhì)來潤滑，容易受潤滑散熱磨損，屏蔽套一旦破損需要返廠維修，現(xiàn)場無法修復(fù)，時間太長，不利于工廠運行。

圖3 多級屏蔽泵結(jié)構(gòu)簡圖

2 泵運行工況和泵型對比

2.1 泵運行工況

本文選取榮信40萬噸煤制乙二醇裝置DMO加壓泵的工藝參數(shù)來選型，該裝置共設(shè)置三臺DMO加壓泵，兩開一備，工藝參數(shù)見表1。

表1 泵的工藝參數(shù)

2.2 各種泵型主要性能參數(shù)對比

本文選擇國內(nèi)一級泵供應(yīng)商的型號，表2詳細比較了三種泵型的參數(shù)。

表2 三種泵型技術(shù)參數(shù)

從表2中可見，臥式高速泵的額定點效率都比多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵要高3%～4%，相對應(yīng)的額定點軸功率也要隨之下降，從裝置運行成本上來看，臥式高速泵更占據(jù)優(yōu)勢。臥式高速泵均為單級，多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵均為多級(5～6級)，較少的葉輪組件結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，占地空間相對較小，同時備件量的減少，儲備備件需求低。臥式高速泵和多級離心泵(BB4)可以采用機械密封防止介質(zhì)的泄露，由于高速泵密封腔結(jié)構(gòu)有限，其可以采用雙端面機械密封，密封方案為Plan53B，多級離心泵(BB4)采用串聯(lián)式機械密封，密封方案為Plan23+53B，雙支撐結(jié)構(gòu)，有兩套機械密封，隔離液需采用甲醇；臥式高速泵和多級屏蔽泵可以設(shè)置保溫夾套，適用輸送容易結(jié)晶的DMO(草酸二甲脂)，而多級離心泵(BB4)只能現(xiàn)場在泵體外設(shè)置保溫伴熱盤管，不方便后期的檢維修。

2.3 各種泵性能曲線對比

從對比圖中可見，臥式高速泵相比較多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵，額定工況點在性能曲線的最優(yōu)工作區(qū)，因此效率較高；臥式高速泵和多級屏蔽泵的性能曲線隨著流量減小是連續(xù)上升的，而多級離心泵(BB4)在小流量區(qū)域趨近于一條直線，在小流量區(qū)域不好調(diào)節(jié)流量；臥式高速泵和多級屏蔽泵的最小連續(xù)流量為25m3/h，多級離心泵(BB4)的最小連續(xù)流量為16m3/h，而工藝參數(shù)的最小流量為20m3/h，臥式高速泵和多級屏蔽泵需要設(shè)置?；亓鞴芫€；

圖4 臥式高速泵性能曲線

圖5 多級離心泵(BB4)性能曲線

圖6 多級屏蔽泵性能曲線

4 結(jié)論

通過比較了三種泵型在性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，在煤制乙二醇裝置規(guī)模不斷增大的背景下，臥式高速泵更加適合目前的工藝參數(shù)工況，在效率上也表現(xiàn)的更優(yōu)秀，比其他兩種泵型效率高3%～4%；臥式高速泵單葉輪泵型，結(jié)構(gòu)簡單，占地少，檢維修方便，同時泵整體價格相對有很大優(yōu)勢；臥式高速泵可以設(shè)置保溫的熱水夾套防止DMO(草酸二甲脂)結(jié)晶，易于輸送容易結(jié)晶介質(zhì)。