煉油裝置精制柴油泵節(jié)能改造及其效益分析

周景芝(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

0 引言

隨著石油化工企業(yè)數(shù)量的增多，其內(nèi)部煉油過程愈發(fā)引發(fā)人們的關(guān)注。為提升煉油質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)使用煉油裝置精制柴油泵，并透過對該裝置的節(jié)能改造，有效提升該煉油裝置使用的科學(xué)性，在縮減能源消耗的基礎(chǔ)上，促進(jìn)化工企業(yè)的持續(xù)性發(fā)展。

1 煉油裝置精制柴油泵的應(yīng)用流程

為確保煉油裝置精制柴油泵在化工企業(yè)的應(yīng)用效果，應(yīng)適時(shí)明確該裝置的使用流程。在確認(rèn)使用流程前，需明確該類裝置中的有效參數(shù)。比如，某石油化工企業(yè)煉油裝置精制柴油泵的原始參數(shù)包含3級葉輪，該葉輪層級由首級到末級依次為262、363、363 mm，關(guān)死點(diǎn)下的揚(yáng)程為483 m；揚(yáng)程為362 m時(shí)，體積流量在520 m3/h左右，出口壓力與進(jìn)口壓力分別為2.30、0.15 MPa，密度在606 kg/m3上下。在確認(rèn)精制柴油泵內(nèi)的各項(xiàng)目參數(shù)后，研究人員需探究其應(yīng)用流程，精制柴油泵內(nèi)包含帶有分餾塔進(jìn)料為主的熱交換器與精制柴油，并在發(fā)生器內(nèi)開展柴油蒸汽，再將原料油與精制柴油進(jìn)行合理交換，并及時(shí)抽取該裝置內(nèi)的冷氣，精準(zhǔn)提煉出精制柴油[1]。

2 煉油裝置精制柴油泵的使用現(xiàn)狀

2.1 靜壓設(shè)備的壓力較高

在使用煉油裝置精制柴油泵期間，工作人員應(yīng)適時(shí)檢測該裝置內(nèi)的后路靜設(shè)備壓力，該柴油泵的關(guān)死點(diǎn)壓力公式：

式中：H為揚(yáng)程(m)；g為重力加速度，具體數(shù)值為9.8 N/kg；f為密度(kg/m3)；p為出口與進(jìn)口的壓力差值(Pa)。

將具體數(shù)值代入到該公式內(nèi)，f為606 kg/m3，g為9.8 N/kg,H為483 m，可得出p為2 868 440.4 Pa，也就是2.87 MPa。在完成出口、進(jìn)口的壓力值計(jì)算后，工作人員可發(fā)現(xiàn)關(guān)死點(diǎn)壓力與進(jìn)口壓力分別為3.02、0.15 MPa，關(guān)死點(diǎn)壓力為 0.15 MPa+2.87 MPa，在具體操作中，受溫度與泵進(jìn)口壓力影響，當(dāng)前關(guān)死點(diǎn)壓力可達(dá)到3.1 MPa。從數(shù)值上看，后路靜設(shè)備的壓力值要超出此前設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值。在出現(xiàn)后路靜設(shè)備壓力值增大現(xiàn)象后，研究人員應(yīng)及時(shí)觀察此前設(shè)定的靜設(shè)備壓力與以分餾塔為主的熱交換器壓力，透過觀察可發(fā)現(xiàn)兩項(xiàng)設(shè)備的初始壓力均為3.0 MPa，也就是說當(dāng)前關(guān)死點(diǎn)壓力值要超出煉油裝置精制柴油泵內(nèi)的任意設(shè)備壓力值。在產(chǎn)生超壓現(xiàn)象后，該裝置存有多項(xiàng)安全隱患。比如，在進(jìn)行加工量調(diào)整時(shí)，會(huì)產(chǎn)生疊加法蘭泄漏與熱交換管箱墊片失效現(xiàn)象，而該現(xiàn)象的出現(xiàn)將極大危及設(shè)備的使用安全。

2.2 耗能較大

從煉油裝置精制柴油泵的使用標(biāo)準(zhǔn)上看，若相關(guān)設(shè)備內(nèi)部的體積流量不變，則揚(yáng)程與離心泵下的輸出功率將呈現(xiàn)正比關(guān)系，即離心泵內(nèi)的輸出功率會(huì)隨著揚(yáng)程的增加而提高。在當(dāng)前的精制柴油泵中，其邊界壓力多為1.2 MPa，而在應(yīng)用過程中其生成的實(shí)際邊界壓力則為邊界壓力標(biāo)準(zhǔn)的一半，即0.6 MPa。雖然揚(yáng)程的數(shù)值較高，但難以對邊界壓力形成過大影響，應(yīng)將各閥門的開度值調(diào)整到較小狀態(tài)來管理其壓力，并將該壓力均勻地轉(zhuǎn)化到靜設(shè)備與管路中，提升對設(shè)備內(nèi)部壓力的控制效果。在執(zhí)行該項(xiàng)舉措時(shí)，部分電能又會(huì)出現(xiàn)無謂損耗，無形中提升了設(shè)備的能耗值。此外，精制柴油泵的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對壓力的控制性能較弱，技術(shù)人員未能針對其能耗控制設(shè)計(jì)適宜的管理措施，導(dǎo)致該設(shè)備存在能耗管控瑕疵，在能耗逐步累積的情況下，縮減了設(shè)備的使用壽命與應(yīng)用效果[2]。

2.3 閥門嚴(yán)重?fù)p傷

為縮減后路靜設(shè)備的壓力值與泵內(nèi)的富余性能，技術(shù)人員可對泵出口閥及時(shí)控制，在改造前多關(guān)小閥門。精制柴油泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)節(jié)流泵出口閘閥板的開啟高度多在10%上下，由于閘閥的開度較小，該閥門內(nèi)部極易出現(xiàn)氣蝕與閃蒸等不良現(xiàn)象，該問題還會(huì)極大損傷閥門內(nèi)部的密封面。一般來講，將閥門內(nèi)部形態(tài)進(jìn)行適時(shí)改造后，研究人員發(fā)現(xiàn)精制柴油泵運(yùn)行時(shí)仍存有些許問題，比如，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程值與靜設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力數(shù)較接近，再加上原始泄漏點(diǎn)仍屬較薄弱區(qū)域，若在實(shí)際操作中開展低流量運(yùn)行，設(shè)備內(nèi)部的熱交換器會(huì)產(chǎn)生憋壓現(xiàn)象，在生成憋壓后，會(huì)引發(fā)密封面冒煙等危險(xiǎn)狀況。此外，若技術(shù)人員將泵出口閥看作適宜的節(jié)流閥，精制柴油泵在具體運(yùn)行時(shí)仍會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷該閥門，雖然對泵出口閥進(jìn)行節(jié)流改造較有必要，但不應(yīng)將其視為節(jié)流閥，若機(jī)泵產(chǎn)生故障，當(dāng)內(nèi)部流量較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)排放不干凈、閥門關(guān)不嚴(yán)等不良情況，在進(jìn)行后期的檢修維護(hù)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生安全隱患。當(dāng)閥門內(nèi)漏的現(xiàn)象較嚴(yán)重時(shí)，還難以在日常檢修中發(fā)現(xiàn)不良狀態(tài)，在出現(xiàn)該現(xiàn)象后會(huì)極大改變裝置運(yùn)行效果。

3 精制柴油泵節(jié)能改造措施與效益發(fā)展?fàn)顩r

3.1 節(jié)能改造舉措

3.1.1 增加變調(diào)頻速體系

為增進(jìn)精制柴油泵的使用效率，研究人員應(yīng)依照其運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)出適宜的節(jié)能改造措施，提升設(shè)備運(yùn)行效果。首先，技術(shù)人員在調(diào)整精制柴油泵的內(nèi)在壓力時(shí)，可利用變頻調(diào)速體系的增加來改善設(shè)備的內(nèi)部運(yùn)行流程，在安設(shè)該系統(tǒng)時(shí)可切實(shí)借助異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部交流特征來改進(jìn)其運(yùn)行頻率與速度，該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中帶有強(qiáng)過載能力、操作便利、維護(hù)方便、安裝簡單等優(yōu)勢，在明確該系統(tǒng)的內(nèi)在優(yōu)勢后，利用對變頻調(diào)速體系的使用可大幅縮減機(jī)泵內(nèi)部的起動(dòng)電流，并借助適宜的軟啟動(dòng)來削減其對電網(wǎng)造成的沖擊[3]。其次，在應(yīng)用變頻調(diào)速體系期間，技術(shù)人員應(yīng)適時(shí)觀察體系內(nèi)部的電源頻率值，若該系統(tǒng)中的頻率值較低，會(huì)給電源內(nèi)高次諧波帶去極大損耗，要對電源頻率值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，其實(shí)際頻率需與設(shè)計(jì)頻率保持一致。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處在縮減轉(zhuǎn)速的狀態(tài)中時(shí)，其轉(zhuǎn)速與冷卻風(fēng)量將呈現(xiàn)反比關(guān)系，電動(dòng)機(jī)在具體運(yùn)行時(shí)會(huì)因冷卻低速狀態(tài)而出現(xiàn)變壞情況，在設(shè)計(jì)變頻調(diào)速體系時(shí)需精準(zhǔn)控制異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)速。最后，在面對變頻調(diào)速體系內(nèi)的逐步縮減的轉(zhuǎn)速時(shí)，技術(shù)人員可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)速將極大改變機(jī)械密封腔內(nèi)泵送環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度，繼而引發(fā)機(jī)械密封效果不佳，嚴(yán)重縮減精制柴油泵的應(yīng)用壽命，若情況嚴(yán)重還會(huì)引發(fā)火災(zāi)或熱油泄漏等不良事故，要及時(shí)調(diào)整精制柴油泵中變頻調(diào)速體系內(nèi)的轉(zhuǎn)速，借助對該轉(zhuǎn)速的合理控制來提升該設(shè)備的應(yīng)用水平，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保效果。

3.1.2 改造葉輪

在設(shè)置了適宜的變頻調(diào)速體系后，技術(shù)人員應(yīng)開展對精制柴油泵內(nèi)部葉輪的改造。比如根據(jù)此前的設(shè)計(jì)需求與內(nèi)容，關(guān)死點(diǎn)壓力需超出額定電壓，且前者是后者數(shù)值的1.2倍，也就是2.8 MPa，在對葉輪開展正式改造前，可將該階段的關(guān)死點(diǎn)壓力值設(shè)置成2.85 MPa，并運(yùn)用該數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)的計(jì)算工作。當(dāng)泵的關(guān)死點(diǎn)壓力為2.85 MPa時(shí)，其揚(yáng)程值則下降到了455 m，相較此前的483 m，其下降幅度在28 m左右。隨著揚(yáng)程數(shù)值的下降，其內(nèi)部曲線也跟著葉輪外徑而發(fā)生較大改變，并產(chǎn)生了上下平移現(xiàn)象，可根據(jù)該狀態(tài)來設(shè)置額定揚(yáng)程，將其數(shù)值確定在334 m上下。在改造葉輪的過程中，技術(shù)人員需始終保證額定流量不變，通過對該項(xiàng)數(shù)值的確認(rèn)來對葉輪實(shí)行不同程度的切割，在葉輪遭受一定切割的情況下縮減泵內(nèi)的額定揚(yáng)程。依照最初設(shè)計(jì)的葉輪切割流程與定律可看出在完成切割舉措后，葉輪的外徑值處在253、350、350 mm左右，再根據(jù)該數(shù)值來測定葉輪的額定壓力。在完成對葉輪的切割改造后，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)整理當(dāng)前葉輪的各項(xiàng)數(shù)值，通過觀察可發(fā)現(xiàn)改造前，葉輪外徑分別為262、363、363 mm，而改造后的葉輪外徑在 253、350、350 mm，關(guān)死點(diǎn)壓力由此前的3.1 MPa轉(zhuǎn)化成2.8 MPa，電流也由此前的29 A縮小到25 A，出口閘閥的大約開度由過去的10%上升到15%。在完成葉輪改造后，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)檢查精制柴油泵內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，透過對葉輪控制來改善設(shè)備應(yīng)用效果[4]。

3.1.3 拆卸葉輪

在完成精制柴油泵內(nèi)部葉輪的切割后，技術(shù)人員應(yīng)適時(shí)觀察該葉輪的運(yùn)行態(tài)勢，當(dāng)前葉輪由前中后三級構(gòu)成，可對其拆卸來控制設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。一般來講，多級泵揚(yáng)程中的葉屬各級葉輪的科學(xué)疊加，在進(jìn)行內(nèi)部核算，技術(shù)人員可發(fā)現(xiàn)若該泵內(nèi)部的額定揚(yáng)程縮減在217 m時(shí)，其關(guān)死點(diǎn)壓力、額定壓力與關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程分別為1.88 MPa、1.45 MPa、292 m等。從理論上看，該類數(shù)值可切實(shí)達(dá)成邊界外送與壓降的具體要求，在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，要對葉輪的各項(xiàng)等級進(jìn)行適時(shí)關(guān)注，對數(shù)據(jù)指標(biāo)較模糊的葉輪等級進(jìn)行及時(shí)拆卸，透過對葉輪的合理組裝，有效增強(qiáng)精制柴油泵的使用效果。從改造前后的數(shù)據(jù)上看，改造前，三級葉輪的外徑分別為262、363、363 mm；而在改造后，其對應(yīng)的外徑值則為262、0、363 mm。在三項(xiàng)外徑數(shù)值中，只有中間項(xiàng)因拆卸而數(shù)據(jù)為0，其余兩項(xiàng)保持不變，關(guān)死點(diǎn)壓力由此前的3.1 MPa降低到1.9 MPa，電流也出現(xiàn)了極大縮減，從29 A下降到19 A，出口閘閥大約開度值則有了較明顯的提升，由10%上升至100%。也就是說，精制柴油泵在經(jīng)過了適宜的葉輪改造后，其節(jié)能效果較為明顯。值得一提的是，在完成精制柴油泵的節(jié)能改造后，泵內(nèi)部的出口閘閥可全部處在放開狀態(tài)，可借助后路來控制閥門的具體流量，再加上后路設(shè)計(jì)靜壓力值超出關(guān)死點(diǎn)壓力，可說明精制柴油泵的整體運(yùn)轉(zhuǎn)較佳。在完成該項(xiàng)節(jié)能改造工作后，對該設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，并在試運(yùn)行期間及時(shí)觀察內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，基于其并未出現(xiàn)泄漏憋壓等不良現(xiàn)象，說明該改造方案可行，效果較好。

3.1.4 合理控制閥門運(yùn)行

一方面，在完成精制柴油泵內(nèi)部葉輪的合理改造后，技術(shù)人員需及時(shí)控制葉輪運(yùn)行狀態(tài)。比如，及時(shí)檢查靜設(shè)備內(nèi)設(shè)計(jì)壓力與關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程值，在確認(rèn)兩者數(shù)值相仿，且堵漏此前葉輪存在的薄弱點(diǎn)后，可有效控制流量操作，并及時(shí)檢查熱交換器的整體運(yùn)行狀態(tài)，在未出現(xiàn)密封面冒煙或熱交換器憋壓情況下才能正常使用精制柴油泵。同時(shí)，技術(shù)人員在改造葉輪過程中，不應(yīng)將泵出口閘閥看作節(jié)流閥，合理控制閥門可能出現(xiàn)的損傷，及時(shí)解決閥門運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各項(xiàng)問題，科學(xué)控制閥門運(yùn)行狀態(tài)。

另一方面，在控制閥門正常運(yùn)行期間，技術(shù)人員應(yīng)定期檢查機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)，利用科學(xué)手段消除泵內(nèi)部的安全隱患，切實(shí)改善閥門可能產(chǎn)生的內(nèi)漏狀態(tài)，并及時(shí)檢修維護(hù)精制柴油泵。值得一提的是，在完成精制柴油泵的內(nèi)部試運(yùn)行后，相關(guān)人員應(yīng)確保閥門的使用狀態(tài)，及時(shí)檢查該設(shè)備內(nèi)部存在的各項(xiàng)功能。在確保不同功能都能得到合理使用的情況下，即可完成煉油裝置精制柴油泵的設(shè)計(jì)改造，并利用計(jì)算公式測算出獲取的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 效益發(fā)展?fàn)顩r

在完成煉油裝置精制柴油泵內(nèi)部裝置的節(jié)能改造后，技術(shù)人員為確保該節(jié)能改造的合理性，在相關(guān)裝置正式使用前開展合適的試運(yùn)行工作，通過試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)改造效果較佳，根據(jù)該試運(yùn)行條件來分析節(jié)能改造后獲取的綜合效益。

具體來看，通過對煉油裝置精制柴油泵的試運(yùn)行，可看出當(dāng)前裝置已完全達(dá)到安全與生產(chǎn)的要求，經(jīng)過實(shí)際檢測，不僅高效縮減了電量，還帶來了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。比如，泵功率的計(jì)算公式為：

式中：cosφ值為功率因數(shù)，數(shù)值為0.88；I為電流(A)；U為電壓 (V)；P為泵功率 (W)。

技術(shù)人員可將10 A、10 000 V、0.88代入該公式內(nèi)，可計(jì)算出功率節(jié)約數(shù)在152.4 kW左右。若在計(jì)算每年的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，其具體用電時(shí)間設(shè)置成8 000 h，可看出每年節(jié)電值在121.9萬 kW·h，若每耗電1 kW·h折合0.88元，可計(jì)算出用電成本共節(jié)約83萬元。

此外，在完成經(jīng)濟(jì)利潤的計(jì)算后，項(xiàng)目管理者還應(yīng)及時(shí)檢查精制柴油泵在運(yùn)行過程中帶去的環(huán)境效益。該設(shè)備在應(yīng)用期間未產(chǎn)生任何污染，周遭環(huán)境得到了極大改善。在該項(xiàng)改造技術(shù)的應(yīng)用下，精制柴油泵的運(yùn)行變得更為順暢，給該化工企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益、綜合效益和環(huán)境效益。

4 結(jié)語

綜上所述，在改造煉油裝置精制柴油泵內(nèi)部系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)各裝置使用時(shí)出現(xiàn)的各項(xiàng)問題，在查明產(chǎn)生的原因后，采取針對性舉措加強(qiáng)該結(jié)構(gòu)。在完成節(jié)能改造后，為確保運(yùn)行的科學(xué)性、合理性，還要開展試運(yùn)行工作，以增進(jìn)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。