脫丁烷塔回流泵抽空原因分析與處理方法

李武平 姜志華 石曉棠 武玉雙 蔡博 趙艷輝

（1.中國石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司；2.華北油田公司第五采油廠）

煉廠的脫丁烷塔回流泵是將脫丁烷塔回流罐底的液態烴一部分作為冷回流返回塔內，保持傳質傳熱平衡，一部分C4產品作為液化石油氣產品輸出到下一個裝置。常用的泵以離心泵居多，離心泵運行過程中，受到離心力的驅動，液體沿著葉片流道被甩出，甩向葉輪出口，而液體由蝸殼負責收集，并且送入排出管。液體從葉輪中獲得能量，使得壓力能和速度適量增加，將液體輸送至生產位置[1]。脫丁烷塔工藝流程如圖1所示。

1 脫丁烷塔回流泵抽空現象及問題提出

石家莊煉化分公司的120×104t/a連續重整裝置于2014年8月19日首次開車成功，正常工況下，脫丁烷塔的壓力控制在0.9～1.1MPa，回流流量控制在9～10t/h，塔底采出流量控制在4.5～5.0t/h。

該裝置進入夏季生產時，隨著外界氣溫的升高，在每天的10點至20點，脫丁烷塔塔頂回流流量就會出現顯著波動（圖2），嚴重時脫丁烷塔回流泵抽空，致使塔操作紊亂。離心泵抽空會使泵密封面處于干摩擦狀態，導致密封件“燒裂”，甚至還會造成整機過熱等更嚴重的后果[2]。

2 脫丁烷塔回流泵抽空原因分析

離心泵抽空是其運轉過程中常見的故障問題，究其原因可能是受吸入管路堵塞影響或因泵內有氣體存在，致使液體無法順利進入泵內。此外，也有相關研究指出，可能是有砂石顆粒對離心泵進口過濾器造成堵塞或不合理的泵的幾何安裝高度等原因造成[3]。如中海煉化惠州煉化分公司連續重整裝置2016年發生脫丁烷塔參數持續波動，塔頂氣相流量大于一定數值后塔的操作容易紊亂，經檢查分析原因為銨鹽堵塞管路造成操作壓力不平穩[4]。

在一定溫度和壓力下，物質的液相和氣相可以相互轉化，這是物質所固有的物理特性。當泵葉輪入口附近的最低壓力 pk小于該溫度下被輸送液體的飽和蒸氣壓 pv時，液體在葉輪入口處就會氣化，同時溶解在該液體中的氣體也逸出，形成大量小氣泡。當氣泡隨液體流到葉道內壓力較高處時，外面液體的壓力高于氣泡內氣化壓力，則氣泡會凝結潰滅，形成空穴，瞬間內周圍的液體以極高的速度向空穴沖擊，造成液體相互撞擊，使局部壓力驟然劇增（有時可達數百大氣壓），阻礙液體正常流動[5-6]。當流道中局部的壓力降低到接近液體在該溫度下的飽和蒸氣壓時，液體中就開始有氣泡產生；當氣泡大量產生時，“堵塞”葉輪流道使液流的連續性被破壞，泵的運轉特性受到影響，出現“斷裂”工況。這種從氣泡產生到“氣阻斷流”的全過程稱為“汽蝕”，也可叫做“空化抽空”。

圖1 脫丁烷塔工藝流程示意圖

如果電動機的轉速不夠，不能輸送足夠的功率，對液體做功不夠，會出現間歇抽空的狀態[7]。

針對煉化分公司脫丁烷塔回流泵抽空的原因，通過應用伯努利方程等工程流體學知識分析計算管道壓降[8]，應用傳熱學知識分析計算離心泵入口溫度、估算液化氣的飽和蒸氣壓并與實際壓力進行比對[9-10]，排除了因銨鹽結晶堵塞管路、管內有空氣、泵選型及幾何安裝高度不合理的原因。

在對問題的探索中發現，脫丁烷塔回流泵出口中，返塔高度約25m，產品出口管線高度約3m，故從儀表和工程設計上尋找原因（圖2）。

圖2 脫丁烷塔儀表控制回路示意圖

通過分析發現，在儀表設計控制回路中，泵出口流量與回流罐液位串聯控制，靈敏塔盤溫度和液化氣出裝置量串級控制。脫丁烷塔塔頂回流流量、液化氣出裝置流量孔板取壓方式錯誤，孔板引壓管應為“下引”，現場實際為“上引”（圖3）。取壓方式的錯誤導致夏季每天10點至20點之間，管路中的氣體被孔板測量到。當管道內氣態物質較多時，會錯誤地將液化氣產品外甩量加大以平衡泵出口總量，造成實際返塔液體大量減少，回流泵出口至控制閥之間的管線中氣體大量形成，脫丁烷塔操作壓力下降，泵入口液體壓力下降氣化，進而影響泵的運行。

圖3 回流、液化氣出裝置現場孔板上引

圖4 回流罐出口減油線現場（已加保溫）

脫丁烷塔回流罐減油線設計沒有保溫（圖4），此條管線一到午后，太陽光直曬此管線，造成管路中液化氣因溫度升高而氣化。

為了解決上述問題，在脫丁烷塔回流泵泵體頂部安裝遮陽板，減少陽光直射導致泵體與入口管道升溫，將2塊儀表孔板取壓方式改為“下引”。對脫丁烷塔回流泵的出入口管線全部進行了防腐保溫，防止了管路中形成氣體。脫丁烷塔回流、液化氣外甩量控制均改為手動控制，要求脫丁烷塔回流泵換泵時運行泵出口閥只開2扣。脫丁烷塔回流、液化氣外甩量控制閥后手閥限位只剩2扣；同時考慮到液化氣在常壓下易氣化的特點，對塔進行提壓操作，將塔壓提至0.990MPa；沖洗脫戊烷塔頂空冷，脫戊烷塔頂冷后溫度由70℃降到45℃，更多的輕組分變成液相冷卻下來，去脫丁烷塔輕組分相應增多，產量增加，讓脫丁烷塔更易控制。經過改造，脫丁烷塔回流泵抽空問題得到了徹底解決。

該問題的徹底解決，避免了離心泵因抽空停運造成泵損壞和產品不合格帶來的經濟損失，降低熱能約1400kW/d，同時降低了勞動強度，保證了生產的安全平穩運行。

新疆石西油田

3 結論

通過對煉化分公司連續重整裝置脫丁烷塔回流泵抽空問題的分析和成功處理得出：

1）電氣儀表控制引壓管安裝的位置和方式，要根據油品性質的實際情況進行調整和確定，保證脫丁烷塔回流泵的正常平穩運轉。

2）對易氣化的油品要注意管線保溫，防止因溫度變化造成油品相態不穩，對脫丁烷塔回流泵平穩運轉產生不利影響。