某雙氧水項目中氫化工作液輸送泵的選型

賀雅（東洋工程（上海）有限公司， 上海 200122）

某雙氧水項目中氫化工作液輸送泵的選型

賀雅（東洋工程（上海）有限公司， 上海 200122）

化工項目中，泵的合理選型對于物料的成功輸送以及裝置長期運行的穩定性與可靠性具有至關重要的意義。本文通過對某雙氧水項目中氫化工作液輸送泵操作工況的分析，確定了該泵的性能參數及工藝要求。在滿足工藝要求的基礎上，綜合考慮設備布置，管道布置，土建結構設計，總圖要求，以及泵本身的制造檢修難度，項目進度要求，成本因素等各方面的影響，確定以API610標準制造的BB2（Side-Side-Inline）類型作為該泵的最終選型。

泵；結構類型；OH2；BB1；BB2

1　工藝流程簡述

本項目采用蒽醌法制備雙氧水工藝技術。該法采用鈀觸媒流化床氫化新工藝，在鈀觸媒存在下將工作液中的2-乙基蒽醌，經催化氫化還原為2-乙基氫蒽醌，再經過空氣氧化生成雙氧水，再用去離子水萃取氧化后的工作液，提純為較高濃度的雙氧水，然后經真空蒸餾純化和濃縮可得到70%濃度的雙氧水。同時2-乙基氫蒽醌轉變為2-乙基蒽醌，再進入氫化循環。

按以上工藝流程，本項目主工藝裝置由五個單元組成：氫化及過濾單元，氧化及抽提單元，廢氣及溶劑處理單元，還原單元，以及提濃單元。其中氫化及過濾單元和氧化及抽提單元做為產品雙氧水生產的反應單元，是本項目的核心所在。

后處理工序再生的循環工作液（有效組分為2-乙基蒽醌和四氫2-乙基蒽醌）和補加的新配制的（有效組分為2-乙基蒽醌） 工作液經預熱后，與氫氣一并由氫化塔頂部加入，氫化后的工作液由氫化塔底出來，過濾后進入氧化塔供料罐，然后由氫化工作液輸送泵送往氧化塔頂部，氫化液和工藝空氣反向接觸并進行氧化反應，生成H2O2、2-乙基蒽醌和四氫2-乙基蒽醌等。

氫化工作液輸送泵作為聯系兩個主要反應單元的輸送設備，在整個裝置中起著承上啟下的重要作用。同時，該泵也是本項目中流量和功率最大的一臺泵。因此，該泵的選型將直接影響到整個裝置的平穩運行。

2　氫化工作液輸送泵的性能要求

本裝置中氫化工作液輸送泵共有兩條輸送路徑，三種操作工況：

最大操作工況（結垢過濾器）：設計流量為1500m3/h；

最小操作工況（干凈過濾器）：設計流量為800m3/h；

開汽工況（干凈過濾器）：設計流量為365m3/h

路徑一：

圖2-1　主工藝流程（工作液輸送至氧化單元）

路徑二：

圖2-2　工作液循環再生流程

路徑一作為主工藝流程，輸送工作液至下個單元（氧化單元）；路徑二為工作液循環再生流程。

根據路徑一，在過濾器S150清潔的情況下，揚程為51m，結垢時，揚程為105m；根據路徑二，在過濾器S413清潔的情況下，揚程僅為29m，結垢時，揚程為74m；開汽工況下，僅需考慮路徑一，且過濾器S150為清潔狀態，故揚程為51m。

綜合以上操作情況，總結并選擇設計工況如下：

最大操作工況（過濾器結垢）：流量為1500m3/h， 揚程為110m；

最小操作工況（過濾器清潔）：流量為800m3/h， 揚程為51m；

開汽工況（過濾器清潔）：流量為365m3/h， 揚程為51m；

氫化工作液輸送泵的選用需滿足最苛刻工況，即最大操作工況時的要求。從該泵的輸送的介質特性（比重：0.914，粘度：1.1MPa?s）及操作條件（入口壓力0.025MPa，操作溫度為57℃）來看，應選用離心泵。但由于考慮到該泵在整個裝置中的重要性，要求該泵的制造采用API610標準，以確保該泵在運行中的高可靠性。

在專利商提供的工藝包中，初步采用OH2結構類型，但由于該裝置的生產能力為專利商所實施的最大規模，因此對此等規模的泵選用經驗不足，該泵的選型仍需進一步研究。

3　幾種API610離心泵結構類型的比較

API610（第11版）《石油、石化和天然氣工業用離心泵》綜合考慮多項結構特點，將離心泵分成不同的類型。根據第2章中的操作條件初步篩選，考慮可采用OH2，BB1，BB2其中一種。且對于BB2類型的泵，根據不同的進出口位置，有三種形式可以選擇：介質上進上出，介質側進側出（異側，水平同軸線），介質側進側出（同側）。

結合本項目特征，這幾種結構類型比較如下：（增加中英文對照的表頭）

型T Y P E外形圖O U T L I N E結構特征C H A R A C T E R I S T I C S結構類優點A D V A N T A G E S缺點S H O R T C O M I N G S O H 2徑向剖分；單吸；懸臂式；泵體在中心線位置由底座支撐；介質側進上出1 . 比較常見；2 . 結構簡單；3 . 成本較低；4 . 易于維修1 . 接近適用范圍的臨界點；2 . 無類似的使用經驗；3 . 軸向推力較大；4 . 震動較大；5 . 穩定性和可靠性較差B B 1軸向剖分；雙吸；兩端支撐；進出口水平同軸線1 . 適用于高流量，低壓力和溫度介質；2 . 易于維修；3 . 較低的軸向推力和震動1 . 在機械制造，裝配及操作方面要求高；2 .剖分部件的密封制造難度大；3 . 剖分部件的泄露風險性高；4 . 價格昂貴；5 .國內供應商較少；6 .檢修難度大B B 2（T o p -T o p）徑向剖分；雙吸；兩端支撐；介質上進上出1 . 價格昂貴；2 . 需要上游設備具有較高的標高；3 .在該項目中對于管道布置影響較大B B 2（S i d e -S i d e -I n l i n e）徑向剖分；兩端支撐；介質側進側出，出入口水平同軸線1 . 適用于高溫高壓的介質；2 .較低的軸向推力和震動；3 . 穩定性和可靠性高B B 2（S i d e -S i d e -S a m e）1 . 價格昂貴；2 . 非標準設計；3 . 制造周期長徑向剖分；兩端支撐；介質側進側出，出入口同側上下排列

4　適用性分析

泵的選型首先必須滿足工藝要求。在此基礎上，綜合考慮成本，項目進度，供應商的制造難度，以及其他方面的影響。

（1）工藝要求 根據第2章對該泵操作工況的分析，該泵的特殊性在于流量大，功率大，運行震動大，對運行的可靠性要求高。被輸送的氫化工作液是以C10重芳烴以及高效極性溶劑四丁基脲為溶劑，存在較大的毒性和火災危險性（丙類），因此，一旦泄露，會有火災的危險，且對環境和人員的危害較大。

OH2類型的泵為懸臂型泵，泵體在中心線位置由底座支撐，后軸承座不設支撐。這種結構比較簡單，但軸向推力較大，震動較大，一般用于功率低于375kW的場合。而該泵流量要求最大為1500m3/h，預計功率可達500kW，在這種情況下，該類型的泵運行的可靠性難以預期。

BB1類型的泵為兩端支撐，具有較低的軸向推力，震動較小，因此運行的穩定性比OH2類型的泵大大增加。但該類型的泵殼體為軸向剖分，在機械制造，裝配及操作方面的要求高，且剖分部件的制造難度大，泄露風險性高。根據API610的要求，在制造軸向剖分的泵殼體時，要考慮到以下幾條因素。

①設計壓力與額定壓力的裕量；②制造商的類似的應用經驗；③剖分部件的設計與制造；④用戶現場檢修重新組裝的能力。

因此，如果采用此種類型的泵，不但對制造商的加工工藝水平有很高的要求，而且對于用戶的能力要求也很高。

BB2類型的泵為兩端支撐，具有較低的軸向推力，震動較小，且該類型的泵殼體為徑向剖分，因此該類型的泵在機械制造，裝配及操作方面的要求較BB1類型低，剖分部件的制造難度及泄露風險性均小于BB1類型的泵。

從工藝的要求來看，BB1和BB2兩種類型均能滿足要求。但BB2在制造方面具有更大的優勢。

（2）制造難度 通過對多個國際知名泵制造商的調查和咨詢，在本項目的工藝要求下，這幾種類型的泵的生產制造情況如下：

對于OH2類型的泵，有多家可以生產，但均無在最大流量下的使用經驗，因此，在運行流量為1500m3/h時，無法保證運行的穩定性和可靠性。

對于BB1類型的泵，僅有一家可以生產。

對于BB2（Top-Top）類型的泵，此類型為標準設計，多家制造商均可生產。

對于BB2（Side-Side-Inline）類型的泵，僅一家國內可以生產，但仍需國外專家設計。

對于BB2（Side-Side-Same）類型的泵，有兩家可以生產，其中一家需國外專家設計。

（3）其它專業的影響 由于來自專利商的設備及管道均按照OH2類型進行布置，因此，在發現該類型不適用于本項目時，重新選型時必須考慮對項目整體布置及對其它專業設計的影響。

①BB2（Top-Top）類型。如果改為BB2（Top-Top）類型，該泵的入口管嘴高1.75m，管徑為DN600，加上泵基礎高度，則入口水平管標高至少需3m。而該泵上游的氧化器進料罐R140的高度應超過泵入口，因此R140的基礎需抬高至2.5m。

由于入口管需從地面抬高至3m位置，抬高后，占用了原D412A/B/C的操作平臺的空間，因此，水平方向上，結構的水平跨距需由6m擴至至少7.5m。

由于R140的抬高，其所在位置鋼結構層高需增加2m。

最重要的是，由于R140的抬高，如果其上游設備加氫反應器（G120）不隨之抬高，則至R140的重力流變得無法實現，無法滿足專利商的工藝要求。而如果G120也相應抬高，隨之帶來的一系列的設計變更難以估量，對整個項目的執行造成巨大的影響。

②BB1或BB2（Side-Side-Inline）類型。BB1和BB2（Side-Side-Inline）類型的泵外形尺寸和進出口位置基本一致，因此，對其它專業的影響可以一并考慮。

改用BB1和BB2（Side-Side-Inline）類型的泵，在垂直方向上對于鋼結構的層高沒有影響。但是，在水平方向上，由于管道布置的改變及操作檢修空間的重新考慮，整體框架必須擴大至少2m。擴大后與其它單元的間距仍符合國標《石油化工企業設計防火規范》的要求。因此，對全廠總圖的影響不大。

③BB2 （Side-Side-Same）類型。BB2 （Side-Side-Same）類型的泵，泵的外形尺寸和出入口位置同OH2類型最為接近，因此對于設計的影響最小，無論在水平還是垂直方向，結構框架均不需改動，管道布置的改動也最少。

（4）進度因素 根據各制造商的反饋信息，這幾種類型的泵均可實現國內生產或局部部件進口，國內組裝，不需要整機進口。因此，均能滿足項目的進度要求。

（5）成本因素 從各制造商的報價情況來看，該泵的幾種不同類型的價格由高到低依次為：BB1，BB2（Side-Side-Same），BB2（Side-Side-Inline），BB2（Top-Top），OH2。

5　結語

綜合以上適用性分析，最終選定API610制造標準的BB2（Side-Side-Inline）類型的離心泵作為該氫化工作液輸送泵的最終選型。OH2類型的泵由于是懸臂式支撐，在該泵的最大操作流量下，無法滿足穩定性和可靠性的要求；BB1類型的泵由于其泵殼軸向剖分，泄露風險高，且對業主的檢修能力要求高，且由于其制造難度造成價格也高，故不推薦使用；BB2（Top-Top）由于其結構形式對整個項目的設計影響巨大，因此也不適合使用；BB2 （Side-Side-Same）雖然從設計的角度考慮適合使用，但考慮到其非標設計，價格高于BB2（Side-Side-Inline），且將來工廠長期運行中的維修費用及備品備件費用也會相應較高。因此，綜合以上幾個方面，最終認為BB2（Side-Side-Inline）為該泵最適合的選型。

根據該泵選型情況的分析，可以看出，化工項目設計過程中，在選定有特殊需求的泵時，首先要分析其各種運行工況，確認該泵的工藝要求，在滿足工藝要求的情況下，綜合考慮專業間設計協調，市場情況，項目進度要求，成本控制要求等各方面的影響因素，最終選出既滿足工藝要求，又具有實際的可實施性，安全可靠，運行穩定，經濟合理的類型。

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賀雅（1974- ），女，漢族，河南省三門峽市澠池縣，碩士，工程師，化工工藝工程師，研究方向：化工工程設計。