流體輸送及設備的安全分析

摘 要:在石化行業的生產中，原料及中間產品多以流體形式存在。流體，具有流動的特性，包括可壓縮的氣體和難于壓縮的液體。這些物料的輸送都是通過管道和相關的動設備來完成，這個過程遍及生產的各個環節，所以，流體的輸送安全及設備的安全是該行業安全生產的重要組成部分。

關鍵詞:流體輸送設備安全

中圖分類號:TQ022.5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0102-02

1 流體輸送的形式

1.1 高位槽送料

在化工生產中，各容器和設備之間常常會由于高度的不同而存在一定的位差，當工藝要求將處在高位容器的液體輸送到低位設備內時，可以直接將兩設備通過管道連接實現，這種方法即稱為高位槽送料。在特定的場合，要求輸送的壓力不是很高，但是流量必須穩定，就可以采用這種方法。這種方法的缺點是高位液體儲罐要滿足流量的需要必須有一定的高度。而且，高位儲罐中的液體也需要通過輸送機械提升，由于液體與管壁的摩擦會產生靜電，在一定條件下會引燃物系，所以，應該保證整個閉合的通道形成有效的接地。還要有效地控制液體的流速。為保證物料運行的連續穩定，引料管的入口必須在高位儲罐的液位以下。

1.2 真空抽料

即是通過真空系統的負壓來實現流體在設備之間的轉移。當一種流體在有壓力的情況下，通過與之相連的密閉管道，在管道的另一端采用抽真空設備，造成一種相對較低的壓力環境，使流體在外界壓力的作用下產生流動。這種方法結構簡單，操作方便，沒有動件。但是，流量調節不方便，需要真空系統，不適于輸送易揮發的液體。主要用于間歇送料場合。由于在物料的流動中與管道摩擦會產生靜電，所以要保證有效的系統接地。如果輸送的是易燃易爆液體，應注意系統的密閉性。在恢復常壓時應該等溫度降低后再使空氣進入。在連續操作時，下游設備的真空度必須滿足輸送任務的流量和壓力要求。

1.3 壓縮空氣進料

先將要輸送的液體放入密閉容器中，然后通入壓縮空氣，在壓縮空氣的作用下，將液體輸送至目標設備。這種方法結構簡單無動件，適于輸送腐蝕性大不易燃易爆的液體。但是，流量小且不易調節。采用此種送料方法時，空氣壓力必須滿足輸送任務對揚程的要求。

1.4 流體輸送機械送料

借助流體輸送機械對流體做功，實現流體的輸送操作。由于輸送機械的種類較多，壓頭和流量的可選范圍寬且易于調節，所以，這種方法是實際生產中最常見的方法。所用機械必須滿足流體性質及輸送任務的要求。流體輸送中所涉及到的問題主要有:流體的性質;流體流動的表征;流體流動的基本規律;流體阻力;化工管路;輸送機械。

在乙烯裂解裝置中，由于生產工藝的要求，所輸送的流體多為黏度大、腐蝕性強、有刺激性、對人體毒性大的油品，所以，流體輸送都采用輸送機械送料，所以，本文將著重就本裝置液相輸送機械所涉及的安全問題進行討論。

2 常用流體輸送機械及其原理

2.1 常用的輸送機械——離心泵

離心式泵的原理是通過高速旋轉的葉輪所產生的離心力對液體做功，提高液體的動能。它的基本構造是在蝸殼中有一個或多個葉輪，與泵軸相連并且與軸一起高速旋轉。蝸殼有兩個接口，一個軸向的吸入口，一個切向的排出口。通常在吸入口接入口過濾器，以過濾物料的雜質。在出口接單向閥和調節閥，單向閥防止停泵時產生倒吸，調節閥用于調節流量。

離心泵工作前，先要灌泵。啟動后，泵內液體隨泵一起旋轉，在離心力的作用下，液體向外緣運動。葉輪中心(吸入口)因液體空出而呈負壓狀態，使得吸入液面與吸入口產生壓力差。只要壓差足夠大，就能夠使液體吸入泵體內。同時，被葉輪甩出的液體動能與靜壓能均增加，隨著蝸殼內通道面積的逐漸增大，液體的動能逐漸減少，靜壓能逐漸增加。在泵出口處，靜壓能達到最大，液體被壓出離心泵。

如果在啟動前，液體沒有完全充滿蝸殼，由于氣體密度小，所產生的離心作用小，使得負壓低，造成離心泵不能吸液，這就是氣縛現象。在工藝生產中，要保證流體輸送的連續和穩定，所以這種氣縛現象對生產有很大危害。

2.2 與原理相關的所造成的工藝生產的波動和設備的損壞

2.2.1 氣縛

如前所示，灌泵不徹底，或者，由于灌泵時液體流動湍動程度太大，液體中含有氣泡，使得蝸殼內有氣體存在，造成離心泵不能吸液，使得流體流量出現波動，造成工藝生產的波動。這種情況是可以避免的。在化工裝置中，所有的泵都是多臺一組，并列運行。當其中一臺在重新啟動時，可以通過與其他泵相連的入口和出口，逐步的使液體緩慢充滿整個泵體，并且通過泵體高處的排放排出已有的氣體，達到消除氣縛的目的。

2.2.2 吸入壓力低

造成吸入量不足的另一原因是吸入壓力低，即液體液面的壓力與液體的重力之和小于泵的最小吸入壓力，即當時溫度下的液體的飽和蒸汽壓。泵的最小吸入壓力是泵的一個性能指標，即崩能夠正常運行時的入口處所應該達到的最小壓力，這個指標與泵的安裝高度指標相當。在實際生產中，泵一般處于較低的水平位置。在與泵的入口相連的塔、罐等容器，都處在較高的水平位置。同時，容器內還保持一定的壓力，以保證泵的性能要求。而且，當這些還不能滿足性能需要時，還可以向容器內加壓，通入惰性氣體或者與物料組分相似的氣相，以增加容器內的壓力。

2.2.3 氣蝕

氣蝕是指泵在正常運行過程中，由于某種原因造成吸入口的壓力小于液體在當時溫度下的飽和蒸汽壓時，含有氣泡的液體進入泵體后，在高壓的作用下迅速液化，原氣泡的位置出現局部真空，周圍的液體在高壓的作用下又迅速補充這些真空位置。這種沖擊頻率很高，可以達到每秒幾千次，沖擊強度可以達到數百個大氣壓，所以不僅是影響泵的流量和出口壓力，而且，對泵的內部構件和蝸殼內壁破壞很大，能夠在葉輪和內壁上留下很多砂眼，甚至能把葉輪和蝸殼打成蜂窩狀。這種情況在泵的運行期間隨時可能發生，所以要特別注意。在生產中，也經常遇到這種情況。針對發生這種情況的原因，可以采取以下措施：

(1)降低物料的溫度。實際生產中，發生氣蝕的泵大多精餾塔的塔底及側采出，可以通過工藝調節使塔底溫度控制在一個合適的范圍之內。溫度愈高，越容易達到飽和蒸汽壓力。在魯姆斯工藝中，汽油精餾塔的塔底溫度控制在203℃左右，汽油精餾塔的塔底溫度控制在85℃左右，所采用的采出泵的性能要求均與此相匹配。如果由于工藝操作的不當，就會造成塔底采出泵的氣蝕。出現這種情況時，可以適當降低物料的溫度，以消除氣蝕。

(2)增加物料黏度。物料的黏度越大，飽和蒸汽壓也越大，黏度越小，飽和蒸汽壓越小，增加黏度，相應來講，就是加大了泵的吸入壓力與飽和蒸汽壓之間的差值，降低發生氣蝕的可能性。但黏度不是越大越好，粘度大，會使泵的效率下降，特別大時，液體的流動阻力就特別大，使流動受阻，嚴重的會燒壞電機，而且造成流量的工藝波動。

(3)加大吸入壓力。在實際的生產中，泵是與特定流體，特定容器，特定壓力相匹配的，在運行一段時間之后，可能會出現吸入壓力下降的情況，此時，出現這種情況可能的原因是物料黏度過大或者泵入口過濾器堵塞，可以根據實際情況進行減粘操作和清理過濾器。

2.3 離心泵的基本構件

2.3.1 葉輪

是離心泵的核心構件，在一個圓盤上設置4～12個葉片構成，主要功能將原動機械的機械能傳遞液體，使液體的動能和靜壓能均有所增加。

2.3.2 泵殼

又稱蝸殼，這種特殊結構使得葉輪與泵殼之間的流動通道沿葉輪旋轉的方向逐漸增大并將液體到出排出管。

2.3.3 軸封裝置

為了防止液體沿著泵殼與泵軸之間的空隙流出或者空氣沿相反的方向進入，所采用的密封裝置。包括機械密封和填料密封。

2.3.4 附加裝置

除了上述的三大基本構件之外，離心泵還有一些附加構件。為了保護泵軸兩端的軸承，需要在軸承腔里加注潤滑油，為防止泄露，設置了與軸封裝置相類似的油封裝置;為保護機械密封的端面，設置了密封油和密封蒸汽;為防止大黏度的急冷油在葉輪上結焦，設置了沖洗油;為防止軸承在運行過程中發熱不能及時散失，設置軸承腔冷卻水系統。

2.4 與泵的構件相關的造成的泵的損壞

2.4.1 葉輪損傷

長時間運行或者經過氣蝕之后，葉輪破損，造成葉輪的做功能力下降，使泵的吸入壓力降低，造成泵吸入量不足。當出現這種情況時，就必須停泵，更換葉輪。

2.4.2 泵殼泄露

同樣是經過長期運行或者氣蝕之后，泵殼也會發生砂眼泄露，泵殼變薄等破損，此時，也需要進行泵的更換。

2.4.3 軸封裝置

軸封裝置是泵最容易發生破壞的構件。軸封上的動環和靜環是直接接觸的兩個相對運動端面，所發生的摩擦為滑動摩擦。附加裝置中的密封油和密封蒸汽就是加注在密封端面之間，在摩擦面上產生油膜，以減小摩擦，達到保護機械密封的目的。

2.4.4 附加裝置

附加裝置都是為了保證泵能夠安全、平穩、長期運行而設置的保護性措施。潤滑油在軸承腔里除了起到潤滑作用以外，還有傳熱等作用;而油封又是為了保持軸承腔里潤滑油不泄露而添加的。在泵運行期間所有的附加裝置都應當是正常運行的。因為長時間的缺失，會造成主要構件的損壞，從而影響泵的使用壽命。

3 操作中經常遇到的一些問題及注意事項

3.1 泵的盤車

大泵在備用期間，每天都要進行盤車，以防止由于長期不用造成泵軸在自身重力作用下發生彎曲變形。而且，裝置中的急冷油泵可能會在備用期間由于急冷油的黏度大而造成泵軸粘連，在緊急情況下不能正常啟動或者燒壞電機。盤車就是使泵軸在泵的運行方向上旋轉（2n+1）180°。如果不能正常盤車，則說明物料的黏度太大或者是泵的機械部件發生變形。應該及時調整操作或者對泵進行檢修。

3.2 備用泵和在用泵的切換

如果在用泵不能正常運行時，就要對泵進行切換。切換時應當注意的是要保證物料流量和壓力的穩定。在調節流量時，還要照顧到同組其他運行泵的電機電流，出口壓力等性能指標。在泵剛啟動時，要仔細檢查泵的運行情況，有無氣蝕，喘震，泄漏的發生。

3.3 潤滑油的日常維護

在泵的運行期間，應當密切注意潤滑油的品質和數量。因為在高速旋轉中的軸承產生大量熱量，會導致潤滑油的變質，而且，油封裝置在長時間運行時有可能發生泄漏，當出現此種情況時，就要及時添加或是更換潤滑油。否則，潤滑效果的下降會致使泵的軸承發生“抱軸”現象，就是軸承的摩擦面在高溫條件下變形—粘連—卡死，是泵軸不能正常運行。

3.4 軸封裝置的泄漏

軸封裝置是較容易發生故障的構件。長時間運行后，密封端面的附壓彈簧可能發生松動，使得密封面由于壓力不足而發生泄漏。或者，密封端面發生磨損，造成密封不嚴。此時，要及時停泵，進行檢修。

4 冬季操作的注意事項

工藝設備長時間在低溫條件非常容易發生凍堵。所以，冬季的操作更加要求嚴格。對機泵來說，物料的溫度是恒定的，不受環境溫度的影響，但是，附加裝置和停泵檢修時的設備倒空以及人的安全附加裝置只要保證正常投用就可以了。停泵檢修時，要做好防凍工作。工藝管線的伴熱應當正常投用，泵體要及時倒空，而且用惰性氣體吹掃干凈，避免殘留。冬季，地面積水結冰，人員應當特別注意防滑。

參考文獻

[1]崔克清.化工單元運行安全技術.