基于TRIZ理論乙烯裝置用急冷油泵穩定性保障分析

文/沈陽鼓風機集團股份有限公司 李玉紅 郝玉明 周新宇 賈瑩

1 問題描述

1.1 定義技術系統實現的功能

問題所在的技術系統：乙烯裝置用急冷油泵。

該技術系統的功能為：保障急冷油泵的穩定性運行。

實現該功能的約束有：裝置運行工況和性能不變的情況下調整模型設計、結構形式等方式保證其運行的穩定性。

1.2 問題的背景

急冷油泵是乙烯裝置中的核心設備，運行不穩定制約了急冷油泵的運行指標，對客戶造成了不良影響，影響了乙烯裝置用泵市場的占有率，而我國乙烯工業裝備的技術水平和生產能力相對較低，運行極其不穩定，要提高乙烯產能，必須找到并解決對應問題，保障國家經濟安全不會受制于人，提高我國石化裝備的技術水平，促進我國石化行業在國際競爭中的發展壯大。

因此，解決急冷油泵的穩定性運行迫在眉睫！

1.3 當前技術系統存在的問題

1）急冷油泵的作用: 將急冷油塔塔釜的急冷油采出并送往三個方向，其一是直接到乙烷爐的廢熱鍋爐出口急冷器，給乙烷爐的裂解氣降溫；其二是經稀釋蒸汽發生器回收熱量后，去乙烯爐的廢熱鍋爐出口急冷器，對乙烯爐的裂解氣進一步冷卻；其三是經稀釋蒸汽發生器回收熱量后，返回急冷油塔塔釜。

2）存在的問題：急冷油具有黏稠、含雜質和常溫冷凝特性，雜質顆粒最大10mm。正是由于介質這樣特點，造成關鍵部件磨損嚴重，泄露頻繁，振動大，噪聲大，運行及其不穩定。

2 問題分析

2.1 系統功能分析

圖1為系統的功能圖，列出了系統各組件及相互作用。

圖1 系統功能模型圖

2.2 因果分析

圖2為因果分析圖，根據因果分析方法分析出產品問題的原因。

圖2 因果分析圖

圖4 隔舌形狀

3 問題分析

3.1 技術矛盾

3.1.1 根據因果分析方法，發現環形腔面積過小。

技術矛盾1：改善的參數：降低流速。

惡化的參數：增加了環形腔破壞的風險。

發明原理：通過查找因果分析鏈，得到四條發明原理——9、15、17、24。

運用20號原理“有效作用的連續性原理”，采用B方案，保證液體運行的連續性，見圖3。

3.1.2 根據因果分析，發現隔舌形狀不合理，隔舌處產生旋渦。

技術矛盾1：改善的參數：降低流速，減少振動。

惡化的參數：增加了鑄造的風險。

發明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到四條發明原理——5、6、11、20

運用5號原理“組合原理”，進行方案對比，采取最優組合，改變對應水力結構，消除隔舌引起的振動，見圖4。

3.1.3 根據因果分析，發現葉輪入口沖角較大。

技術矛盾1：改善的參數：降低流速，減少噪音。

惡化的參數：增加了性能變化的風險。

發明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到四條發明原理——11、12、15、19

圖5 葉輪入口沖角

圖6 打磨新型工具

運用12號原理“等勢原理”，進行方案對比，采取最優組合，改變葉輪入口的形狀，見圖5。

3.1.4 根據因果分析，發現表面光潔度不達標。

技術矛盾1：改善的參數：增加效率，減少振動。

惡化的參數：加工難度。

發明原理：得到四條發明原理——1、32、35、23

運用1號原理“分割原理”，進行方案對比，增加精磨工序。

運用35號原理“物理和化學參數改變原理”，運用新型材料。

打磨主要分為機械打磨和特殊磨料流拋光處理兩道工序。粗加工后，用風動工具和鉗工工具對葉輪流道進行打磨，打磨完成后，再采用磨料流技術對葉輪流道進行再處理，提升光潔度等級，見圖6。

3.2 物理矛盾分析

3.2.1 問題入手點介質在動、靜環處形成堆積，為了減少介質在動靜處堆積引起的磨損，不影響泵性能的情況下，在口環間隙處設置了外沖洗，但是為了結構穩定又需要保證對稱性，采用條件分離對應的發明原理24“借助中介物原理”設置了外沖洗，改善了堆積的現象，見表7和圖8。

圖8 沖洗孔布置圖

3.2.2 通過物理矛盾分析，材料耐磨性匹配，運用40號原理“復合材料原理”更改了口環材質，保證葉輪口環和殼體口環材料匹配。

3.3 物場分析

通過功能分析，得到物場模型如圖所示，得到了技術方案為9和10，提高了泵體載荷受力的均勻性和內部介質流動不穩定性。

圖9 物場分析圖

4 方案評估

綜合考慮各種因素，對比方案評價表，在以下10種方案中優選了7種方案，又結合企業自身條件，選用的最終解決方案見圖10，得到最終方案并按方案進行修整解決了問題?，F經過用戶現場運行表明該泵運行平穩，主要技術指標滿足研發合同要求，達到了國際同類產品先進水平。

圖10 方案評估表

5 取得成果和效益

此方法的研制成功大大提高了泵運行的穩定性，縮短了更換周期，提高了用戶的信譽度，提高了我國乙烯工業裝備的技術水平和生產能力，為對應產品的應用提供了保障，已申請發明專利一項，現已公布《乙烯裝置用急冷油泵》。推廣應用的相關專利有《乙烯裝置用急冷水泵》《烴循環泵和烷基化裝置》。