煉油裝置精制柴油泵節(jié)能改造及其效益分析

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(延長石油 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406)

延安石油化工廠240萬t/a柴油加氫精制裝置于2014-08-26一次試車成功，生產(chǎn)出了符合國Ⅴ標準的柴油產(chǎn)品。

該裝置精制柴油泵P-203A/B將合格的精制柴油從塔底抽出并升壓，為產(chǎn)品后續(xù)冷卻降溫、外送提供動力[1]。由于初始設(shè)計所采用的介質(zhì)密度、邊界外送壓力等數(shù)據(jù)均偏高，導(dǎo)致泵揚程偏大，在投入運行1個月后發(fā)生了泄漏，臨時采取的更換機械密封措施，未能有效控制泄漏情況，對整個裝置的正常運行帶來了不確定的安全隱患。文中對此進行了詳細分析，并進行了相應(yīng)的整改。

1 精制柴油泵P-203A/B參數(shù)

該泵額定點原參數(shù)：密度606 kg/m3，進口壓力0.15 MPa，出口壓力2.3 MPa，體積流量520 m3/h，揚程362 m，關(guān)死點揚程483 m，首級葉輪外徑262 mm，次、末級葉輪外徑均為363 mm，共3級葉輪。

精制柴油泵及后路流程見圖1。

圖1 精制柴油泵及后路流程示圖

2 精制柴油泵P-203A/B應(yīng)用中存在問題

2.1 后路靜設(shè)備超壓

精制柴油泵的理論關(guān)死點壓力可以按照下式進行計算[2]：

Δp=ρgH

(1)

式中，Δp為進、出口壓差，Pa；ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 N/kg；H為揚程，m。

將示例中ρ=606 kg/m3、g=9.8 N/kg、H=483 m帶入式(1)計算得出Δp=2 868 440.4 Pa≈2.87 MPa。

已知進口壓力為0.15 MPa，則關(guān)死點壓力為3.02 MPa(2.87 MPa +0.15 MPa)。實際操作中，由于泵進口壓力、溫度的波動，實際關(guān)死點壓力可達3.1 MPa，而該泵后路的精制柴油與分餾塔進料熱交換器(E-205)等靜設(shè)備設(shè)計壓力均為3.0 MPa。因此，在調(diào)整加工量的過程中，多次發(fā)生熱交換器管箱墊及疊加法蘭處泄漏甚至著火事故。

2.2 能耗較大

在體積流量一定的情況下，揚程越高，離心泵的輸出功率越高[3]。

精制柴油產(chǎn)品出裝置的邊界壓力按1.2 MPa設(shè)計，而實際操作的邊界區(qū)壓力為0.6 MPa，揚程富余較多，需要將各閥開度調(diào)到很小來控制壓力，將壓降平均分配在管路和靜設(shè)備上。因此，造成很大一部分電能被損耗于節(jié)流上，增大了能耗。

2.3 對閥門損傷較大

為了消除泵富余的性能及降低后路靜設(shè)備壓力，改造前的做法是大幅關(guān)小泵出口閥。但是將泵出口閘閥做節(jié)流閥使用時，閥板開啟高度僅為10%左右，閘閥開度過小，閥門極易產(chǎn)生閃蒸和汽蝕，損傷閥門密封面[4]。

當(dāng)機泵故障時，閥門關(guān)不嚴，介質(zhì)排放不盡，檢修時存在安全隱患。閥門內(nèi)漏嚴重時，設(shè)備無法切出進行檢修達到備用狀態(tài)，影響裝置的長周期運行。

3 改造方案選擇

3.1 增設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)用于交流異步電動機的無級調(diào)速[5]，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便、操作簡化、過載能力強、機泵起動電流大幅度降低(額定電流內(nèi))以及實行軟起動后可緩解對電網(wǎng)的沖擊。變頻調(diào)速系統(tǒng)缺點：①當(dāng)電源頻率較低時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。②異步電機在轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的3次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出，甚至?xí)龤щ姍C軸承[6]。③轉(zhuǎn)速的降低會使機械密封腔中的泵送環(huán)轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致白油循環(huán)冷卻機械密封的效果下降，將影響機械密封的使用壽命，甚至?xí)驘嵊托孤┒鸹馂?zāi)等安全事故。因此，增設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)不利于機泵的長周期運行。

3.2 切割葉輪

按照原始設(shè)計要求，關(guān)死點壓力為額定壓力的1.2倍，即2.8 MPa。考慮到首次改造需要留有一定余量，此處將關(guān)死點壓力定為2.85 MPa進行計算。

由式(1)可計算出該泵在2.85 MPa壓力下的揚程為455 m(下降了28 m)。揚程曲線是隨葉輪外徑改變而上下平移[7]，則額定揚程下降為334 m。以盡可能不改變額定流量為指導(dǎo)原則，選擇通過切割葉輪來降低泵的額定揚程。根據(jù)葉輪切割定律計算得出切割之后的葉輪外徑分別為 253 mm、350 mm、350 mm。

2015-07，按此數(shù)據(jù)對精制柴油泵P-203B葉輪進行切割改造[8]，改造前后各項對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 P-203B改造前后加工量300 t/h時數(shù)據(jù)對比

根據(jù)P-203B泵葉輪切割改造后1 a多的運行情況可知，此次改造后基本消除了泵后路靜設(shè)備超壓的風(fēng)險，但是依舊存在2個問題：①關(guān)死點揚程過于接近靜設(shè)備設(shè)計壓力，且E-205原泄漏點是薄弱環(huán)節(jié)，在低流量操作的情況下仍然發(fā)生過熱交換器憋壓導(dǎo)致密封面冒煙的情況。②仍需將泵出口閘閥做節(jié)流閥使用，對閥門的損傷依然嚴重。因此，該改造方案非最佳選擇。

3.3 拆一級葉輪

多級泵的揚程為每一級葉輪揚程疊加而成[9]。經(jīng)過核算可知，去掉P-203A泵次級葉輪后，該泵額定揚程降至217 m，關(guān)死點揚程為292 m，額定壓力1.45 MPa，關(guān)死點壓力1.88 MPa，理論上能夠滿足壓降及邊界外送的要求。2017年大修時，按此優(yōu)化后的方案拆掉精制柴油泵P-203A的次級葉輪，測得的改造前后各項對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 P-203A改造前后加工量300 t/h時柴油泵各項數(shù)據(jù)對比

P-203A泵改造之后，能夠保證泵出口閘閥全開，完全由后路調(diào)節(jié)閥控制流量，并且關(guān)死點壓力遠低于后路靜設(shè)備的設(shè)計壓力，截止目前未出現(xiàn)過憋壓泄漏的情況，由此可以判定此項改造方案為最優(yōu)的方案。

4 節(jié)能改造效益分析

去掉精制柴油泵次級葉輪的改造方法完全符合實際生產(chǎn)及安全的需求，在降低耗電量的同時，經(jīng)濟效益也十分顯著。

泵功率計算見下式[10]：

(2)

式中，U為電壓，V；I為電流，A； cosφ為功率因數(shù)，cosφ=0.88。

將U=10 000 V、I=10 A(電流較改造前降低了10 A)、cosφ=0.88帶入式(2)可以得到節(jié)約功率152.4 kW。按每年運行8 000 h計算，每年可節(jié)電121.9萬kW·h。以用電0.68元/(kW·h)計算，全年可節(jié)約用電成本約為83萬元。

5 結(jié)語

P-203A泵通過拆一級葉輪的方案改造后，于2017-11再次投入運行，至今再未發(fā)生過泵后路熱交換器泄漏的情況，徹底消除了安全隱患。改造后泵出口閘閥全開，不再做節(jié)流閥使用，閥門密封面受損的風(fēng)險降到了最低，由此提高了閥門的使用壽命，同時也降低了職工的勞動強度，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。