淺析蒸汽透平泵在煉油裝置中的應用效果

吳學金　肖岷

摘 要：本文以哈薩克斯坦奇姆肯特PKOP煉油廠200萬t/a重油催化裂化裝置分餾塔底循環油漿蒸汽透平泵為例，介紹了蒸汽透平泵的工作原理、現場實際流程及運行情況，通過與備用電泵相比較，從生產運行數據和使用經濟性等方面，分析蒸汽透平泵的應用效果。

關鍵詞：催化裂化;蒸汽透平;運行數據;經濟性;應用效果

1 概述

哈薩克斯坦奇姆肯特PKOP煉油廠現代化改造工程是中哈“一帶一路”的重要項目，公用工程單元設置兩臺動力鍋爐，單臺設計產汽量180t/h，蒸汽系統分為：高壓40kg/cm2、中壓12kg/cm2、低壓6.5kg/cm2三種壓力等級，200萬t/a重油催化裂化裝置是煉油廠改造的核心裝置，設計生產高壓蒸汽149.5t/h，全廠蒸汽量足夠富裕。從煉廠所處地區工業用電費用及資源配置合理性等方面考慮，裝置現場設置了九臺蒸汽透平泵，即：四臺大機組潤滑油泵、兩臺外取熱器循環熱水泵、一臺凝結水泵、一臺余熱鍋爐循環熱水泵、一臺分餾塔底循環油漿泵。

分餾塔底循環油漿泵作為重油催化裂化裝置的核心設備之一，其運行情況的好壞直接影響到整個裝置的安全長周期。PK煉廠催化裝置設置兩臺分餾塔底循環油漿泵，一開一備，蒸汽透平泵（H-1015）為運行泵，采用中壓飽和蒸汽（12kg/cm2，225℃）驅動，電泵（H-1016）為備用泵，自裝置首次開工以來，蒸汽透平泵一直運行穩定，與電泵相比應用效果更佳。

2 蒸汽透平泵的工作原理

蒸汽透平是指一種將蒸汽的熱能直接轉換成機械能的原動機，它將蒸汽的熱能轉變成透平轉子旋轉的機械能，這一轉變過程需要經過二次能量轉換。

蒸汽熱能轉變成高速流動的動能的過程，僅在噴嘴（靜葉片）中進行，而工作葉片（動葉片）只是把蒸汽的動能轉換成透平轉子旋轉的機械能，即蒸汽在噴嘴中膨脹，速度增大，溫度壓力降低，而在葉片中僅將其動能部分轉變為機械能（汽體流速降低），而由于葉片沿流動方向的間槽道截面不變，因而蒸汽不再膨脹，壓力也不再降低，這種稱為沖動式蒸汽透平。

蒸汽在透平中做完功后，在高于大氣壓力（0.1MPa）下排出，排汽要供其他用戶使用，這種蒸汽透平稱為背壓式蒸汽透平。

只有一個葉輪的蒸汽透平稱為單級蒸汽透平，這種透平功率小、轉速高、效率低，一般用于驅動大型水泵、油泵、引風機和鼓風機等設備。

H-1015屬于沖動背壓式單級蒸汽透平泵，蒸汽熱能經過透平噴嘴轉化為動能，流過葉輪時蒸汽沖擊葉片，推動葉輪轉動，轉換為透平轉子旋動的機械能，透平轉子通過聯軸器與泵轉子相連接，從而驅動泵轉子旋動，帶動泵葉輪葉片轉動，最終轉化為介質循環油漿的機械能。

3 現場工藝流程簡述

從蒸汽總管網出來的中壓飽和蒸汽（12kg/cm2，225℃），進入蒸汽透平驅動透平轉子旋動，通過聯軸器相連接使泵轉子旋轉，帶動泵葉輪葉片轉動完成循環油漿的加壓循環目的。做完功后排出的低壓蒸汽（6.5kg/cm2，185℃）與其他設備和裝置來的低壓蒸汽匯集后送至公用工程單元，在板式換熱器中與循環冷卻水進行換熱后冷卻成低壓凝結水回收至凝結水回收罐中，再通過兩臺凝結水泵加壓送至化學水處理單元，處理合格后回收至除氧水罐可以進行再次利用?，F場工藝流程見圖1。

4 運行情況分析

以循環油漿蒸汽透平泵H-1015和電泵H-1016分別在裝置80%負荷、100%負荷下運行為例，取該負荷下十組循環油漿瞬時流量數據（見表1），并且計算出平均實際流量（見表2）。

4.1 運行數據方面分析

蒸汽透平泵H-1015自2018年8月首次開工以來，運行狀態良好，備用電泵H-1016只有在裝置開停工或其他特殊情況下進行臨時切換使用。從以上表2中的數據可以看出，H-1015運行時的各項參數都與H-1016相接近，完全可以滿足工藝操作要求，而且表1中的十組數據也可以得出，蒸汽透平泵H-1015運行時循環油漿的實際瞬時流量更加穩定一些，更加接近設計流量值。

4.2 經濟效益方面分析

按照裝置100%負荷運行，年運行時間T=300d=7200h，蒸汽透平泵H-1015進汽量Q=11.4t/h，進汽焓I1=2783kJ/kg，排汽焓I2=2653kJ/kg，燃料氣價格B1=917元/t，燃料油價格B2=220元/t，煉廠工業用電價格M=0.414元/kW·h，燃料氣熱值E1=49421kJ/kg，燃料油熱值E2=44000kJ/kg。

①蒸汽透平泵H-1015投用后，和電泵H-1016運行狀態相同時，節省煉廠用電W=224kW/h，年節省效益：S= WMT=224*0.414*7200≈67萬元;

②增加排汽耗費：S1=B1Q（I1-I2）T/E1=917*11.4*（2783-2653）*7200/49421≈20萬元（燃料氣）;S2=B2Q（I1-I2）T/E2=220*11.4*（2783-2653）*7200/44000≈6萬元（燃料油）;

③年增收效益為：△S=S-S1=67-20=47萬元（燃料氣），△S=S-S2=67-6=61萬元（燃料油）;

④汽輪機購機費用20萬元，配套管線和閥門花費約5萬元，合計投資S3=25萬元，投資回收期：TC1=S3/△S=25/47=0.53年（燃料氣），TC2=S3/△S=25/61=0.4年（燃料油）。

通過上述經濟效益分析可得，蒸汽透平泵H-1015在煉油裝置的應用中，雖然一次性投資比較高，但是用5～6個月即可收回投資成本，經濟效益非?？捎^。

5 結語

蒸汽透平泵運行穩定，系統安全性高，連續運行時間長，能夠滿足生產工藝要求。在煉油裝置的應用中，不僅可以實現蒸汽的綜合利用，提高能源的利用率，達到節能降耗和環保效應并舉，而且還節省了大量電費，具有顯著的經濟效益和社會效益，因此這項技術值得在煉油化工行業中大力推廣應用。

參考文獻：

[1]董仲美.小型汽輪機拖動合成氨廠循環水泵的應用[J].石油和化工節能，2013（03）：26-27.

作者簡介：

吳學金（1992- ），男，寧夏銀川人，本科，中國石油寧夏石化公司工程師，2015年畢業于中國石油大學（北京）熱能與動力工程專業，研究方向：動力工程。