干式真空泵分液罐排液操作研究

趙大偉，任林松

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干式真空泵分液罐排液操作研究

趙大偉，任林松

（中國石油撫順石化公司 洗滌劑化工廠， 遼寧 撫順 113001）

從本質安全的角度出發(fā)，探討改進干式真空泵分液罐排液操作，是防止干式真空泵進入液體而造成聯鎖停車和損壞機械部件的重要課題。研究表明，根據現場管線布局測量數據，通過體靜力學基本方程式推算，利用原蒸汽噴射泵的0#分液罐可以實現干式真空泵分液罐排液操作由間歇排液操作更改為連續(xù)排液操作。最后，編寫了干式真空泵分液罐連續(xù)排液的實施過程，同時，列舉了機械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的優(yōu)點。這項改進增加了機械抽真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，最終從本質安全的角度達到了保護干式真空泵的目的。

干式真空泵；分液罐排液；流體靜力學基本方程式

C10～C13直鏈烷基苯原料化工廠的烷基化裝置是以氫氟酸作催化劑，將苯和直鏈烯烴進行烷基化反應，生成直鏈烷基苯。當烷基化反應完成后，烷基化反應器內物料組成為：HF酸、直鏈烷基苯、苯、烷烴、驅油用烷基苯。首先，在酸區(qū)系統(tǒng)中分離出HF酸；然后，物料進入脫苯塔分離出苯；接著，物料進入脫烷烴塔，分離出烷烴再送去脫氫裝置參與脫氫反應；最后，物料進入烷基苯再蒸餾塔，分離出直鏈烷基苯和驅油用烷基苯。

其中，脫烷烴塔和烷基苯再蒸餾塔屬于負壓塔，它們的操作壓力分別為絕對壓力6.0 kPa和絕對壓力1.0 kPa。所以，需要抽真空系統(tǒng)給脫烷烴塔和烷基苯再蒸餾塔提供真空環(huán)境［1］。

因此，本文利用流體靜力學基本方程式，從理論計算的角度出發(fā)，分析實現機械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的可行性，并敘述推算過程。同時，列舉了增加機械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的優(yōu)點，以及描述實施過程。這項改進增加了機械抽真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，最終達到了保護干式真空泵的目的，從而使烷基苯裝置實現平穩(wěn)、安全、長周期運行。

1 現狀調查

1.1 歷史背景

為了烷基苯裝置的節(jié)能降耗，于2010年由蒸汽噴射泵改造為干式真空泵。

在裝置正常運行期間，當脫烷烴塔的負壓表故障時，造成脫烷烴塔操作壓力過低（低于絕對壓力4.8 kPa以下）時，導致脫烷烴塔頂物料（C10～C13的烷烴）揮發(fā)至烷烴蒸汽；烷烴蒸汽經過水冷換熱器冷卻至液體而進入分液罐內；當分液罐液位超高時，烷烴就會通過干式真空泵入口管線進入干式真空泵體內，最后導致干式真空泵過載停車。

干式真空泵分液罐液位計的原始設計是采用壓差式液位計測量液位。由于干式分液罐處于負壓操作狀態(tài)，造成壓差式液位計采用的隔離液非常容易泄漏，導致干式分液罐的液位計故障率非常高。可見，如果DCS操作員未能準確判斷出真空壓力表故障，同時無法準確監(jiān)控分液罐液位真實值，從而導致干式真空泵過載停車的次數過多。

同時，一旦干式真空泵帶液過載情況發(fā)生時，就需要對干式真空泵入口管線和分液罐進行排液，排液時長約4 h，直到裝置恢復正常生產約用6 h。如果排液操作處理不當，造成耦合增壓器機械故障，以及干泵聯軸器脫軸而損壞干式真空泵機械部件。

1.2 裝置實際狀況

目前，由于機械抽真空系統(tǒng)的分液罐容量較小（分液罐的公稱容積為3.1 m3，其中1#分液罐為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐，2#分液罐為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐），同時，對不凝氣帶液的處理能力較小，當夾帶的液體過多時，造成干式真空泵聯鎖停車。同時，處理干式真空泵帶液的時間較長，而且操作步驟繁瑣、工作量大。

為了增加機械抽真空系統(tǒng)處理帶液的緩沖能力，避免干式真空泵聯鎖停車，研究討論投用原蒸汽噴射泵的0#分液罐，實現分液罐不用隔離而連續(xù)排液操作。

2 可行性分析

2.1 理論基礎

理論數據：1個大氣壓強相當于10 m水高度的壓強（以水的密度為1 t/m3計算）［2］。

以絕對零壓作起點計算的壓強，稱為絕對壓強。根據流體靜力學基本方程式需要用的參數，匯總的壓力參數見表1。

表1 烷基化裝置分餾塔需要的真空環(huán)境匯總表

因此，水冷卻器相對于的高度必須大于10 m，才能保證在E-2251冷卻器處于絕對壓強1 kPa時，0#分液罐中的水不會進入冷卻器中。也就是說，如果0#分液罐中裝載水，則0#分液罐罐可以實現連續(xù)切水，同時不會影響真空系統(tǒng)負壓。但是，當真空系統(tǒng)更改為機械抽真空后，0#分液罐罐將裝載油。因此，如果真空系統(tǒng)水冷卻器相對于的垂直距離足夠大，將實現0#分液罐連續(xù)排油而不會影響真空系統(tǒng)正常負壓運行。

2.2 推算水冷卻器相對于分液罐的高度

根據脫烷烴塔頂物料組成，確定脫烷烴塔蒸發(fā)的物料是烷烴（通過質檢分析真空系統(tǒng)分液罐內液體可知是C11～14烷烴）。查找工具書得到對應的物料參數，見表2

表2 C10～13烷烴的物理參數匯總表［3］

由表2可知，烷烴的密度隨著碳數增加而增加，隨著溫度的升高而降低［4］。同時，表2中苯的密度最高，C10烷烴的密度最小。

已知，由于緩沖罐中的物料是混合物，混合物的密度一定大于C10烷烴的密度。

根據流體靜力學基本方程式［2］：

其中：—0#分液罐罐壓強，kPa；

已知火炬系統(tǒng)壓強為110 kPa（絕壓），則0#分液罐罐內壓強為110 kPa（絕壓）（表3）。

表3 流體靜力學基本方程式需要的數據表

得到保證冷卻器中壓強符合要求的垂直距離

由表4和表5可知，使用密度最小的數據，得出的理論高度是15.5 m，低于實際測量高度16 m。

表4 烷基苯再蒸餾塔的垂直距離表

表5 脫烷烴塔的垂直距離表

可知，在0#分液罐處于火炬系統(tǒng)壓力的情況下，0#分液罐內的烷烴無法通過水冷卻器相對于管線進入真空系統(tǒng)冷卻器內。

因此，從理論計算角度出發(fā)，裝置實際管線布局可以實現真空系統(tǒng)分液罐連續(xù)排液操作。

如果實現干式真空泵分液罐連續(xù)排液操作，一是保護干式真空泵；二是，由于0#分液罐液位計采用浮筒式液位計，能夠準確指示罐內真實液位；三是，0#分液罐屬于閑置設備，也就是說不用投入資金，就能實現真空系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 實施過程

3.1 投用操作總體思路

0#分液罐可以同時作為脫烷烴和烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐，也可以單獨作為單個塔的真空系統(tǒng)的分液罐。鑒于烷基化裝置的平穩(wěn)操作的安全性和實用性，建議采用下面兩種狀況分別投用0#分液罐分液罐。簡而言之，在正常生產時，0#分液罐作為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐；在烷基化裝置開工時，0#分液罐作為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐。

3.2 裝置正常生產時的投用方法

（1）由于脫烷烴塔內物料的沸點低于烷基苯再蒸餾內的物料的沸點，所以脫烷烴塔頂物料蒸發(fā)至真空系統(tǒng)的概率遠大于烷基苯再蒸餾塔。因此，在正常生產狀況下，使0#分液罐作為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐，增加脫烷烴塔真空系統(tǒng)對真空系統(tǒng)帶液風險的抵抗能力。

（2）投用方案：在烷基化裝置正常生產時，需要開0#分液罐閥1（閥號見圖2標注），關閉閥2（使0#分液罐處于負壓狀態(tài)，罐的壓力與脫烷烴塔壓力等同）。當脫烷烴塔頂部有物料蒸發(fā)時，通過不凝氣管線進入循環(huán)水冷卻器。在循環(huán)水冷卻器內氣相物料冷凝至液體，通過水冷卻器相對于流至0#分液罐內儲存。當0#分液罐內物料聚集到一定液位時，現場浮筒液位計傳送至DCS控制室顯示，DCS操作員根據液位指示，監(jiān)控真空系統(tǒng)運行狀況。

3.3 裝置開車操作時的投用方法

（1）在烷基化裝置開工狀況，烷基苯再蒸餾塔建立單塔循環(huán)時，塔頂物料容易蒸發(fā)至真空系統(tǒng)。因此，在裝置開工時，使0#分液罐作為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐，增加烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)對帶液的抵抗能力。

（2）投用方案：在烷基苯再蒸餾塔建立單塔循環(huán)時，需要開0#分液罐閥3（閥號見圖1標注），關閉閥4（使0#分液罐處于負壓狀態(tài)，罐的壓力與再蒸餾塔壓力等同）。當烷基苯再蒸餾塔頂部有物料蒸發(fā)時，通過不凝氣管線進入循環(huán)水冷卻器。在水冷卻器內氣相物料冷凝至液體，通過水冷卻器相對于流至0#分液罐內儲存。當0#分液罐內物料聚集到一定液位時，現場浮筒液位計信號傳送至DCS控制室顯示，DCS操作員根據液位指示，監(jiān)控真空系統(tǒng)運行狀況。具體見圖1。

圖1 機械抽真空系統(tǒng)簡易流程圖

4 結 論

烷基化裝置機械抽真空系統(tǒng)帶液情況頻繁發(fā)生，造成真空系統(tǒng)分液罐液位超高，導致物料進入干式真空泵內以至于聯鎖停車。由于分液罐容量較小，只要抽真空系統(tǒng)帶液，就會造成分液罐液位超高。同時，由于分液罐處于負壓操作狀態(tài)，所以分液罐只能間歇排液操作。因此，當出現真空系統(tǒng)帶液時，會造成干式真空泵過載而停車。通過加強監(jiān)控管理，一方面加強培訓DCS操作員對裝置異常情況的判斷能力，避免真空系統(tǒng)帶液；另一方面，從設備實施上，優(yōu)化裝置工藝流程，從本質安全的角度改進工藝流程，避免裝置波動。

通過這項技術改造和加強操作人員培訓，我們能夠有效地避免分液罐帶液以及保護干式真空泵。因此，該項工藝改造能夠增加機械抽真空系統(tǒng)的抗波動能力，對同樣使用干式真空泵的裝置，同時需要連續(xù)排液操作的裝置具有較好的借鑒作用。

參考文獻：

［1］ 烷基化裝置操作規(guī)程[R].

［3］ 夏清, 陳常貴. 化工原理[M]. 天津: 天津大學出版社, 2005.

［2］ 劉光啟, 馬連湘, 劉杰. 化學化工物性數據手冊[M]. 2002-05．

［4］ 徐壽昌. 有機化學[M].第二版. 北京: 高等教育出版社, 1993-04（2001重印)

Research on Liquid Drainage Operation of Liquid Separating Tank of Dry Vacuum Pump

，

（Fushun petrochemical company detergent chemical plant, Liaoning Fushun 113001，China）

Improvements of liquid drainage operation of liquid separating tank of dry vacuum pump were discussed from the perspective of inherent safety to prevent the liquid from entering the dry vacuum pump to cause the liquid interlocking parking and mechanical component damage. According to the field measurement data of pipeline layout, the result calculated by basic equation shows that using the steam jet pump 0#liquid separating tank can realize the continuous drainage operation of dry vacuum pump liquid separating tank. Finally, the implementation process of the dry vacuum pump liquid separating tank continuous drainage operation was compiled, and advantages of the mechanical vacuum system continuous drainage operation were listed. The improvement increased the mechanical safety and stability of the vacuum system, and achieved the purpose of protecting dry vacuum pump.

dry vacuum pump; drainage of tank; basic equations of the hydrostatics

TQ 052

A

1671-0460（2016）09-2153-04

2016-08-06

趙大偉（1981-），男，遼寧撫順人，工程師，2004 年畢業(yè)于承德石油高等專科學校精細化工專業(yè)，主要從事化工生產技術管理工作，已發(fā)表文章多篇。E-mail：zdw_xh@petrochina.com.cn。