甲醇酸脫洗滌塔三段液位調節

徐 晨

（云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228）

我公司26萬t/a甲醇裝置的有效氣負荷大于97%時，甲醇裝置洗滌塔（C15201）的三段液位較高，阻力增大，從而制約裝置的產能發揮。此時，甲醇裝置產量740t/d，無法達標達產（780t/d）。研究后采取的措施為:在C15201的三段出口增加升壓泵，由三段液位信號變頻控制離心泵的轉速，及時將C15201三段液體送走，調節并或者穩定C15201三段液位。

本文對C15201三段升壓泵同步轉速方案、全流量變頻調節方案、優選流量范圍的變頻調節方案進行了對比分析，并總結了離心泵變頻控制工藝負荷的注意事項。

1 技改措施

在甲醇裝置酸脫洗滌塔（C15201）三段集液箱出口（N5） 至E15205之間新增一臺升壓泵，以提高管道疏通能力。三段集液箱液位，在現場液位計檢測的基礎上，新增遠程液位計（LIC15215）。該液位信號用于變頻控制升壓泵P15212，調整、穩定C15201三段集液箱的液位。如圖1所示。

2 設備配置方案

綜合甲醇裝置的有效氣負荷調節需求，C15201出口升壓泵（P15212） 要滿足最小、正常、最大3個工況，并且在額定流量下，升壓泵（P15212） 的揚程要≥3.5m。升壓泵工藝參數詳見表1。

2.1 同步轉速時的運行方案

先考慮升壓泵僅同步轉速運行，離心泵的流量將采用出口閥調節。在額定工況下，揚程≥3.5m，因此將選型點確定為321m3/h，揚程為5.6m。

該泵性能曲線如圖2所示。

該泵的工作點在葉輪直徑為φ300的一條性能曲線上。當出口閥進行開度調節時，泵運行在曲線上所示的各個工作點。泵的的轉速為730r/min，軸功率為6.4kW，電機功率為11kW。

額定工況點能滿足工藝所需的揚程、流量的要求，但流量調節采用的是出口閥開度調節方式。

2.2 同步轉速條件下選型的變頻調節

當采用變頻調節時，在小于額定流量情況下，由于轉速降低，離心泵揚程、流量將下降，因而需要進一步論證變頻調節能否連續穩定維持C15201三段的液位。

將2.1中離心泵進行變頻操作，當離心泵轉速為578r/min時，對應流量為254m3/h，揚程為3.5m。在146～254m3/h流量范圍，該C15201的三段升壓泵揚程將小于3.5m。即電機轉速低于578r/min，流量低于254m3/h時，泵的揚程將無法克服C15201三段出口的管道阻力，如表2。

圖1 液位控制簡圖

表1 升壓泵工藝參數要求

2.3 全流量范圍變頻調節控制

2.3.1 全流量范圍變頻調節

C15201三段出口流量的需求范圍是146～321m3/h，且揚程≥3.5 m3/h，因此離心泵揚程小于3.5m時，無法克服三段出口管道阻力，離心泵、管道也可能突然失去流量。以離心泵最小流量為146m3/h，且此點的揚程為3.5m為依據，據此核算、選擇離心泵，型號為EAP 200K4-250-G。當該泵變頻調速至1605r/min，達到額定流量321 m3/h時，此時揚程為16.9m；該泵軸功率為18.7kW,電機功率為30kW。泵變頻控制的參數見表3。

圖2 同步轉速運行性能曲線

表2 升壓泵變頻調節參數

表3 全流量范圍變頻調節的參數

2.3.2 全流量范圍變頻調節離心泵與恒轉速離心泵的差異

與同步轉速運行條件所選離心泵變頻調節相比，全流量范圍調節的電機功率由11kW變為了30kW,驅動電機由8極機改選為4極機。全流量調節雖然能夠滿足工藝的流量范圍，但各個流量點揚程富余量大，所選電機功率較高。

2.4 優選流量范圍的變頻調節控制

同步轉速所選離心泵，在采用變頻調節時，低流量時揚程不足，不能克服管道阻力，即所謂的打不起量。而全流量范圍進行變頻調節，要求各個流量點對應的揚程均要≥3.5m，各個流量點揚程富余量太大，所選電機功率過大，能耗高不經濟，也會增加一次性的投資費用，因此要合理確定調節的流量范圍。

2.4.1 優選工藝操作流量范圍

將上述核算情況再次與工藝部門討論，并建議細致分析確定C15201三段出口的實際流量范圍，最終重新考慮C15201三段出口升壓泵的變頻調節操作范圍為180～300m3/h。因此將180m3/h流量點的揚程定為3.5m。據此核算離心泵參數，并選型。當流量為300m3/h時，電機轉速升高至945r/min，軸功率為11.6kW,電機功率為18.5kW,電機為6極電機。詳見表4。

表4 優選流量范圍變頻調節參數

2.4.2 優選流量范圍特性曲線及工作點

所選的離心泵性能曲線見圖3。

圖3 離心泵的各個工作點

繪制出530r/min、707r/min、883r/min（葉輪直徑Φ320） 等幾種轉速的性能曲線。離心泵變頻調節時，工作點在不同轉速曲線上。

3 離心泵變頻控制注意事項

從C15201出口升壓泵的核算、選擇過程來看，變頻調節的離心泵選型與恒定轉速離心泵核算、選擇有很大的不同之處。

3.1 變頻調節離心泵的性能保證點

3.1.1 變頻調節特性

變頻離心泵操作的最小流量點，需要滿足工藝要求的揚程，以便克服管道阻力，避免轉速降低到一定程度后揚程低于管道阻力，使離心泵中斷流量。如果變頻離心泵是自動控制，所需流量點的揚程不能克服管道阻力，離心泵的流量將在中斷與輸送兩者間不斷變化，流量大幅波動。

如圖4所示，離心泵電機轉速從n1調節到n2轉速，流量從Q1減小為Q2，揚程逐漸降低。如果Q2為工藝操作要求的最小流量點，Q2點的揚程必須大于后續管路的阻力損失。

圖4 變頻調節性能曲線

3.1.2 同步轉速出口閥調節特性

當采用出口閥門調節時，離心泵的性能保證點為工藝操作要求的最大流量點。該點要滿足工藝所要求的揚程。如圖5，當關小出口閥，流量從Q1逐漸降低至Q2，揚程從H1增大至H2，因此不會出現低流量揚程不足的問題。

圖5 出口閥調節性能曲線

3.2 合理選擇變頻調節流量范圍

設計院、工藝單位提供的工藝數據，流量操作范圍比較寬。如果要求變頻調節，最小流量點必須滿足揚程要求。揚程以流量的平方關系增加，流量達到額定流量時，揚程富余度將變得很大，軸功率也變得太大。因此，變頻調節的流量范圍，需要選擇為經常操作的流量區間。甲醇洗滌塔（C15201） 出口升壓泵（P15212），如果選擇146～321m3/h的流量范圍為變頻調節，電機功率將選擇為30kW；但在優選的180～300m3/h范圍內變頻調節，電機功率只需要18.5kW。實際生產中，偶爾需要在優選流量區域外的小流量點操作，可現場適當關小離心泵出口閥，即同時采用變頻調節和出口閥調節，就可以滿足工作要求。

4 結語

我公司26萬t/a甲醇裝置洗滌塔（C15201）三段出口，增加了升壓泵（P15212），并采用合適的負荷調節方式，選擇了合理的流量調節區間，從而使C15201各段以及升壓泵（P15212）始終能夠穩定運行，最終完全消除了酸脫洗滌塔（C15201）的攔液現象。裝置可以高負荷運行，實現達標達產（780t/d），日產量最高可達到820噸。