石油萘裝置2BE液環(huán)真空泵改造分析

賀方斌，孫建民，葛柯柯，王磊

（新疆天利石化控股有限公司，新疆 獨山子 833699）

新疆天利石化控股有限公司26萬噸/年石油萘裝置是以乙烯裂解裝置副產(chǎn)物乙烯焦油和混合碳十為原料，通過精餾工藝分離出石油萘、油漿產(chǎn)品及中間輕組分油，輕組分油再經(jīng)過加氫工藝，生產(chǎn)出工業(yè)裂解碳九一等品、合格品。分兩期完成，一期6萬噸，2008年投產(chǎn)；二期20萬噸，2010年投產(chǎn)。原設計兩套精餾工藝共有7座分餾塔，分別由7組（14臺）2BE系列真空泵提供入口0.004MPaA真空度，出口為0.11MPaA，其中一期10臺真空泵設計經(jīng)過一級吸收塔后排大氣，使用效果不好；二期4臺真空泵出口設計直排大氣，造成裝置區(qū)異味大。

1 液環(huán)真空泵工作原理

液環(huán)真空泵的葉輪和泵體是不同軸的，泵體兩側(cè)由側(cè)蓋封閉，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，工作介質(zhì)由于慣性向外運動，離開葉輪流向泵體的內(nèi)表面，形成一個運動的液體圓環(huán)，即液環(huán)。因此葉輪與液環(huán)、葉片與泵體之間形成若干容積不同的空腔，并且各空腔隨葉輪的旋轉(zhuǎn)其容積將周期性變化。在蓋板適當位置開設吸入口和排氣口，在葉片間空腔容積在逐漸增大的過程中，與吸入口相通，則可吸入氣體，當空腔容積逐漸減小時，氣體將壓縮；葉輪旋轉(zhuǎn)到適當位置后，與排氣口相通，則可排出壓縮氣體。如此循環(huán)即可連續(xù)完成抽送氣體的作用，如圖1。

圖1 液環(huán)真空泵工作原理圖

2 提出問題

該真空系統(tǒng)設計在當時可以滿足裝置生產(chǎn)運行的要求。但隨著裝置生產(chǎn)精細化管理水平的不斷提高，特別是2015年國家環(huán)境保護法的實施，該真空系統(tǒng)在運行的經(jīng)濟性、環(huán)保污染方面的弊端充分顯現(xiàn)。

（1）真空泵出口富含油氣的不凝氣直排大氣，裝置區(qū)域異味大,大氣污染嚴重。

（2）真空泵循環(huán)液采用新水常排置換的方式運行，新水消耗大，進入下水系統(tǒng)導致排污處理量大，增加能耗、增加了加工損失率。

（3）真空泵在運行過程中陸續(xù)出現(xiàn)多次葉輪、前后分配板沖蝕、穿孔現(xiàn)象。

（4）真空泵一直處于大馬拉小車狀態(tài)，動力消耗增大。

3 原因分析

（1）真空泵設計出口背壓低（0.11 MPaA），無法進火炬系統(tǒng)處理，不凝氣直排大氣，是造成裝置區(qū)域異味大,大氣污染嚴重的直接原因 ；另外，真空泵采用單端面機械密封，運行過程中微量存在的機械密封泄漏進一步加劇了大氣污染程度。

（2）精餾系統(tǒng)要求真空度高，真空泵入口有低沸點可凝介質(zhì)抽入，循環(huán)液飽和蒸汽壓降低，循環(huán)液密閉循環(huán)5～10分鐘即影響系統(tǒng)真空度，不得已采用新水常排置換的方式運行，新水消耗大，排污處理量加大，增加能耗、增加了加工損失率。

（3）真空泵循環(huán)液采用常溫新水冷卻，取熱不足，循環(huán)液溫度高。由于泵的工作壓力處于極限接近循環(huán)液飽和蒸汽壓的苛刻條件，液體部分汽化，形成氣泡，當含有大量氣泡的液體進入葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時，液體質(zhì)點高速填充空穴，瞬間產(chǎn)生很強烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，造成真空泵葉輪和分配板的沖蝕。另外，真空泵過流部件設計材質(zhì)為普材（碳鋼），對沖蝕的抗擊能力較弱，進一步加劇了過流部件沖蝕、穿孔現(xiàn)象。

（4）精餾系統(tǒng)設計不凝氣量遠大于裝置實際運行不凝氣量，偏差大，造成真空泵一直處于大馬拉小車狀態(tài)，動力消耗增大。

4 采取措施

4.1 與時俱進，提高設計標準

按照2015年環(huán)保新標準“有機烴類組分必須密閉收集處理后無害化排放”的要求，在新機組設計選型上保持入口0.004MPaA不變，提高出口背壓到0.135MPaA，排氣并入園區(qū)火炬系統(tǒng)燃燒處理，杜絕現(xiàn)場直排。同時采用雙端面集裝式機械密封設計，防止機封泄漏及空氣吸入泵體，進入火炬系統(tǒng)發(fā)生危險。

4.2 因地制宜，優(yōu)化系統(tǒng)配套條件

改變原新水做真空泵循環(huán)液，又用新水冷卻后直接排入污水系統(tǒng)的方式，采用裝置C-402頂沸點相比新水更高的輕組分作為真空泵循環(huán)液，再用園區(qū)冷凍站產(chǎn)的+5℃冷凍水冷卻循環(huán)液，解決了循環(huán)液的汽化問題，減少了對葉輪的沖蝕。同時真空泵出口被壓縮后的含少量可液化有機烴組分的不凝氣在經(jīng)過由冷凍水作為冷源的尾冷器進一步冷卻，最終不凝氣進入園區(qū)火炬系統(tǒng)燃燒，無害化排放。吸收了有機烴的循環(huán)液繼續(xù)回裝置后系統(tǒng)加工，吸收了熱源的冷凍水繼續(xù)回園區(qū)冷凍水系統(tǒng)管網(wǎng)冷卻后循環(huán)使用，徹底杜絕了系統(tǒng)排污問題，如圖2。

圖2 改造前后原則流程對比

4.3 優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)真空泵經(jīng)濟運行

首先，根據(jù)進料組分，采取各種措施，重新計算并實測佐證各塔真空系統(tǒng)實際不凝氣量，為真空泵設計選型提供最接近實際的真實數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)大馬拉小車或出現(xiàn)泵能力不夠的情況；其次，根據(jù)進料組分、工藝條件，認真評估，論證了將相鄰各塔氣相線連通運行的可行性；第三，新增技改技措項目：將C-101、C-102、C-103塔頂氣相線連通（C-104已拆除），將C-105及新增的C-106氣相線連通，將C-401、C-402氣相線連通，將原先七個獨立工位改造為三個并聯(lián)工位，采取一開一備或二開一備的方式，將真空泵數(shù)量由原先14臺減少為8臺，如表1。

5 結(jié)語

2017年1月，新改造真空泵P-401A/B投用正常，同時抽C-401、C-402，實現(xiàn)一開一備；2017年8月，新改造真空泵P-111A/B投用，同時抽C-101、C-102、C-103，實現(xiàn)一開一備；2017年9月，新改造真空泵P-118A/B （同時抽C-105、C-106）投用，相比改造前，有以下幾方面改進。

（1）新真空泵背壓高，出口排氣并入火炬系統(tǒng)燃燒，杜絕現(xiàn)場尾氣排放，消除了現(xiàn)場異味，改善了裝置現(xiàn)場環(huán)境。

（2）新真空泵采用雙端面集裝式機械密封設計，防止了機封泄漏后泵體吸入空氣，氧含量高進入火炬系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性。

（3）新真空泵三個工位（同時運行4臺泵）運行電機總功率237kW，比原設計真空泵七個工位運行電機總功率降低240kW，按年運行8000小時、每度電0.40元計算，年節(jié)約運行費用77萬元。

（4）新真空泵工作液使用C-402頂輕組分，每小時節(jié)省新水消耗25噸，按年運行8000小時、每噸新水2元計算，年節(jié)約費用40萬元。

（5）新真空泵杜絕了排污，按每噸污水處理費10元計算，年節(jié)約污水處理費用200萬元。

（6）新真空泵增加出口冷凝器，使用冷凍水冷卻，將泵出口含少量可液化有機烴組分的不凝氣再次冷凝后送至加氫系統(tǒng)加工，增加了輕組分收率。從改造前后加工損失率數(shù)據(jù)對比，每月回收輕組分約50噸左右，按照每噸輕組分收益2000元計算，年增效120萬元；經(jīng)過近1年的運行實踐，總體滿足生產(chǎn)平穩(wěn)、經(jīng)濟運行及環(huán)保達標，改造是成功的。

表1 改造前后真空泵參數(shù)對比表