輕烴芳構(gòu)化裝置吸收塔中段回流泵低處理量工況改造

張睿(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

隨著“碳達(dá)峰碳中和”頂層設(shè)計(jì)文件的出臺(tái)實(shí)施，各領(lǐng)域、各行業(yè)積極做出響應(yīng)，加快制定完善政策體系。作為石油化工高能耗行業(yè)，認(rèn)真落實(shí)“碳達(dá)峰碳中和”的部署要求，節(jié)能降耗、安全環(huán)保更是大勢(shì)所趨。從深挖裝置潛力，節(jié)能降耗的角度出發(fā)，重點(diǎn)梳理裝置內(nèi)機(jī)泵能耗大，性能曲線偏離額定點(diǎn)較多的設(shè)備。

制定改造措施，使機(jī)泵的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)更加接近優(yōu)先工作區(qū)，達(dá)到既節(jié)能又可延長機(jī)泵使用壽命的目的。本文以某裝置吸收塔中段回流泵葉輪改造為例，如實(shí)的記錄了從問題暴露，到方案篩選，再到改造實(shí)施，問題解決的整個(gè)過程。通過此次改造，筆者希望能夠?yàn)槠渌褂猛愌b置的單位和部門提供實(shí)踐參考。

1 項(xiàng)目背景

50萬噸/年輕烴芳構(gòu)化裝置，吸收塔中段回流泵0254-P213A/B/C，原設(shè)計(jì)額定流量為488 m3/h,裝置正常平穩(wěn)運(yùn)行期間，兩開一備。其中0254-P213A/B為屏蔽泵，0254-P213C為離心泵。在當(dāng)前裝置實(shí)際負(fù)荷下，0254-T202中段抽出回流量為217 m3/h，9月份為166 m3/h，工藝流程如圖1所示。2020年12月裝置標(biāo)定后發(fā)現(xiàn)，該泵不僅在低負(fù)荷工況時(shí)運(yùn)行一臺(tái)機(jī)泵即可滿足工藝生產(chǎn)需求。在高負(fù)荷工況下運(yùn)行一臺(tái)機(jī)泵，較設(shè)計(jì)額定流量仍偏低，實(shí)際運(yùn)行流量雖在允許工作區(qū)間，但距優(yōu)先工作區(qū)域較遠(yuǎn)，機(jī)泵選型參數(shù)過大，造成較大的能源浪費(fèi)。

圖1 吸收塔中段回流泵流程圖

2 優(yōu)化措施

本次改造主要從兩個(gè)方面考慮：

(1)節(jié)能降耗。

(2)使機(jī)泵在盡量靠近額定點(diǎn)位置的最優(yōu)工況下運(yùn)行。

通過改小機(jī)泵葉輪直徑的方式，降低機(jī)泵額定流量、揚(yáng)程，從而達(dá)到降低機(jī)泵軸功率的目的。實(shí)現(xiàn)本次改造的方法考慮兩種：一種是重新制造泵體、葉輪及泵殼等部件，進(jìn)行整體更換；另一種是采用切割葉輪的方法。

2.1 方案選擇

2.1.1 重新制造葉輪和泵體

如圖2機(jī)泵外形圖所示，泵廠按照當(dāng)前實(shí)際工況重新設(shè)計(jì)制造新葉輪，為保證口環(huán)間隙，需要重新鑄造泵體。

圖2 吸收塔中段回流泵外形圖

由于泵體支撐的存在，在泵體鑄造過程中需要滿足：(1)新泵體支耳位置應(yīng)與原支撐螺栓孔一致，保證新泵體能夠正?；匮b；(2)新泵體出口、入口管徑需與原管徑一致，否則出、入口管線需重新配管；(3)新泵體內(nèi)部流道需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)與制造廠家多次進(jìn)行方案討論。從制造成本、技術(shù)水平、施工周期等方面考慮，該方案可保留但非優(yōu)先考慮。

2.1.2 切割改造原葉輪

將機(jī)泵整體拆除返廠，對(duì)原葉輪導(dǎo)葉進(jìn)行修復(fù)改造，整體拆除返廠可以在改造完成后，進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、機(jī)泵水利性能等試驗(yàn)，保證改造效果。改造實(shí)施前，按照泵廠提供的隨機(jī)資料我們對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算，并對(duì)節(jié)能效果做出初步評(píng)估。原機(jī)泵額定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程為52 m，對(duì)應(yīng)流量為488 m3/h，設(shè)計(jì)葉輪直徑為440 mm，設(shè)計(jì)最小直徑為406 mm。由泵的相似定律，按照將葉輪直徑切割至設(shè)計(jì)最小直徑406 mm計(jì)算，在相似的運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，泵揚(yáng)程之比與其葉輪外徑的平方成正比；流量之比與葉輪外徑三次方成正比；泵軸功率之比與葉輪外徑的五次方成正比。

計(jì)算后得：

切割后揚(yáng)程H新=44.27 m

切割后流量Q新=383.36 m3/h

切割后泵軸功率P新=39.06 kW

經(jīng)過理論計(jì)算，可知該泵在進(jìn)行葉輪切削改造后，額定流量可降至383.36 m3/h，同時(shí)工藝專業(yè)給出裝置最大負(fù)荷工況下，中段抽出返塔量為338 m3/h?？梢姍C(jī)泵進(jìn)行改造后不僅在裝置低負(fù)荷工況下能夠達(dá)到節(jié)約電能的目的，同時(shí)也能夠滿足最大負(fù)荷工況，且抽出量越大越靠近機(jī)泵額定點(diǎn)，對(duì)機(jī)泵的長期穩(wěn)定運(yùn)行越有利。改造施工過程，需要我方負(fù)責(zé)拆、裝機(jī)泵及電氣、儀表接線，將機(jī)泵裝車整體運(yùn)至泵廠。制造廠只對(duì)機(jī)泵葉輪導(dǎo)葉進(jìn)行改造，并進(jìn)行相應(yīng)性能試驗(yàn)驗(yàn)證改造效果。

2.1.3 方案確定

通過上述對(duì)比可以看出，重新制造方案需要重新設(shè)計(jì)制造葉輪、泵體，同時(shí)改造過程技術(shù)支持、人員及資金投入均較大。而切割葉輪方案改造過程施工難度小，用時(shí)短，資金投入少。綜合以上幾點(diǎn)考慮，最終確定選擇切割葉輪方案。

3 項(xiàng)目預(yù)期

項(xiàng)目建設(shè)預(yù)期目標(biāo)：按照改造后理論計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)=(55-39.06)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈7.498萬元/年，預(yù)計(jì)投資回收時(shí)間：2個(gè)月收回投資費(fèi)用。

4 實(shí)施過程

(1)設(shè)計(jì)：合肥新滬屏蔽泵有限公司承擔(dān)設(shè)計(jì)、改造施工及性能試驗(yàn)。

(2)采辦：改造項(xiàng)目費(fèi)用來源為日常檢維修費(fèi)用，如表1所示。

表1 改造費(fèi)用明細(xì)

(3)安裝施工：本次改造施工，由維保單位岳陽長煉機(jī)電工程技術(shù)有限公司動(dòng)設(shè)備專業(yè)承擔(dān)，電氣、儀表專業(yè)配合。2021年10月14日機(jī)泵整體拆除返廠改造，2021年11月6日改造完成回裝，2021年11月12日正式投用。

(4)驗(yàn)收：機(jī)泵改造后，在泵廠試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試性能試驗(yàn)合格，并出具實(shí)驗(yàn)報(bào)告。安裝完成投用，電機(jī)電流：96.5 A，功率：41.2 kW，功率因數(shù)：0.677，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常。

(5)機(jī)泵參數(shù)對(duì)比，如表2所示。

表2 機(jī)泵參數(shù)改造前后對(duì)比

(6)性能曲線對(duì)比，如圖3和圖4所示。

圖3 改造前泵性能曲線

圖4 改造后泵性能曲線

5 改造效益及效果

(1)項(xiàng)目投資執(zhí)行情況：項(xiàng)目投資主要為機(jī)泵葉輪切割、性能試驗(yàn)、往返運(yùn)費(fèi)等。項(xiàng)目費(fèi)用來源為設(shè)備日常檢維修費(fèi)用，施工費(fèi)用未額外增加，低于概算。

(2)效益預(yù)期實(shí)現(xiàn)情況：目前0254-P213B運(yùn)行期間實(shí)時(shí)電機(jī)功率為41.2 kW，按照滿負(fù)荷運(yùn)行工況計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)(55-41.2)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈6.49萬元/年，接近預(yù)期。

(3)改造技術(shù)效果：安裝施工結(jié)束后，該泵于2021年11月12日正式投入運(yùn)行，機(jī)泵投入運(yùn)行后，電流由原110 A下降至96.5 A，軸功率由原55 kW降低至當(dāng)前46.7 kW，機(jī)泵出口壓力3.1 MPa，目前機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)，軸承溫度、振動(dòng)等各項(xiàng)參數(shù)滿足工藝操作要求。

6 結(jié)語

裝置建設(shè)期間部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的理論設(shè)計(jì)選型，與正常生產(chǎn)中實(shí)際工況往往會(huì)存在偏離，機(jī)泵實(shí)際性能與工況不吻合的情況比較常見。造成這種情況的原因較多也比較復(fù)雜，機(jī)泵廠家在制造過程中的誤差；裝置開工后介質(zhì)組分的偏離等，都會(huì)對(duì)機(jī)泵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響。通過本次改造，我們積累了相關(guān)方面的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)如何在諸多解決問題方法中選擇最優(yōu)方案，在今后處理類似問題時(shí)有著重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，本次改造過程也為其他同類裝置類似問題的處理提供了實(shí)踐案例，具有推廣價(jià)值。