輕烴芳構化裝置吸收塔中段回流泵低處理量工況改造

張睿(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

隨著“碳達峰碳中和”頂層設計文件的出臺實施，各領域、各行業積極做出響應，加快制定完善政策體系。作為石油化工高能耗行業，認真落實“碳達峰碳中和”的部署要求，節能降耗、安全環保更是大勢所趨。從深挖裝置潛力，節能降耗的角度出發，重點梳理裝置內機泵能耗大，性能曲線偏離額定點較多的設備。

制定改造措施，使機泵的實際運行參數更加接近優先工作區，達到既節能又可延長機泵使用壽命的目的。本文以某裝置吸收塔中段回流泵葉輪改造為例，如實的記錄了從問題暴露，到方案篩選，再到改造實施，問題解決的整個過程。通過此次改造，筆者希望能夠為其他使用同類裝置的單位和部門提供實踐參考。

1 項目背景

50萬噸/年輕烴芳構化裝置，吸收塔中段回流泵0254-P213A/B/C，原設計額定流量為488 m3/h,裝置正常平穩運行期間，兩開一備。其中0254-P213A/B為屏蔽泵，0254-P213C為離心泵。在當前裝置實際負荷下，0254-T202中段抽出回流量為217 m3/h，9月份為166 m3/h，工藝流程如圖1所示。2020年12月裝置標定后發現，該泵不僅在低負荷工況時運行一臺機泵即可滿足工藝生產需求。在高負荷工況下運行一臺機泵，較設計額定流量仍偏低，實際運行流量雖在允許工作區間，但距優先工作區域較遠，機泵選型參數過大，造成較大的能源浪費。

圖1 吸收塔中段回流泵流程圖

2 優化措施

本次改造主要從兩個方面考慮：

(1)節能降耗。

(2)使機泵在盡量靠近額定點位置的最優工況下運行。

通過改小機泵葉輪直徑的方式，降低機泵額定流量、揚程，從而達到降低機泵軸功率的目的。實現本次改造的方法考慮兩種：一種是重新制造泵體、葉輪及泵殼等部件，進行整體更換；另一種是采用切割葉輪的方法。

2.1 方案選擇

2.1.1 重新制造葉輪和泵體

如圖2機泵外形圖所示，泵廠按照當前實際工況重新設計制造新葉輪，為保證口環間隙，需要重新鑄造泵體。

圖2 吸收塔中段回流泵外形圖

由于泵體支撐的存在，在泵體鑄造過程中需要滿足：(1)新泵體支耳位置應與原支撐螺栓孔一致，保證新泵體能夠正常回裝；(2)新泵體出口、入口管徑需與原管徑一致，否則出、入口管線需重新配管；(3)新泵體內部流道需重新進行設計。經與制造廠家多次進行方案討論。從制造成本、技術水平、施工周期等方面考慮，該方案可保留但非優先考慮。

2.1.2 切割改造原葉輪

將機泵整體拆除返廠，對原葉輪導葉進行修復改造，整體拆除返廠可以在改造完成后，進行轉子動平衡、機泵水利性能等試驗，保證改造效果。改造實施前，按照泵廠提供的隨機資料我們對目標參數進行了理論計算，并對節能效果做出初步評估。原機泵額定點對應的揚程為52 m，對應流量為488 m3/h，設計葉輪直徑為440 mm，設計最小直徑為406 mm。由泵的相似定律，按照將葉輪直徑切割至設計最小直徑406 mm計算，在相似的運轉工況下，泵揚程之比與其葉輪外徑的平方成正比；流量之比與葉輪外徑三次方成正比；泵軸功率之比與葉輪外徑的五次方成正比。

計算后得：

切割后揚程H新=44.27 m

切割后流量Q新=383.36 m3/h

切割后泵軸功率P新=39.06 kW

經過理論計算，可知該泵在進行葉輪切削改造后，額定流量可降至383.36 m3/h，同時工藝專業給出裝置最大負荷工況下，中段抽出返塔量為338 m3/h。可見機泵進行改造后不僅在裝置低負荷工況下能夠達到節約電能的目的，同時也能夠滿足最大負荷工況，且抽出量越大越靠近機泵額定點，對機泵的長期穩定運行越有利。改造施工過程，需要我方負責拆、裝機泵及電氣、儀表接線，將機泵裝車整體運至泵廠。制造廠只對機泵葉輪導葉進行改造，并進行相應性能試驗驗證改造效果。

2.1.3 方案確定

通過上述對比可以看出，重新制造方案需要重新設計制造葉輪、泵體，同時改造過程技術支持、人員及資金投入均較大。而切割葉輪方案改造過程施工難度小，用時短，資金投入少。綜合以上幾點考慮，最終確定選擇切割葉輪方案。

3 項目預期

項目建設預期目標：按照改造后理論計算，年可節約電費=(55-39.06)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈7.498萬元/年，預計投資回收時間：2個月收回投資費用。

4 實施過程

(1)設計：合肥新滬屏蔽泵有限公司承擔設計、改造施工及性能試驗。

(2)采辦：改造項目費用來源為日常檢維修費用，如表1所示。

表1 改造費用明細

(3)安裝施工：本次改造施工，由維保單位岳陽長煉機電工程技術有限公司動設備專業承擔，電氣、儀表專業配合。2021年10月14日機泵整體拆除返廠改造，2021年11月6日改造完成回裝，2021年11月12日正式投用。

(4)驗收：機泵改造后，在泵廠試驗臺測試性能試驗合格，并出具實驗報告。安裝完成投用，電機電流：96.5 A，功率：41.2 kW，功率因數：0.677，各項運行參數正常。

(5)機泵參數對比，如表2所示。

表2 機泵參數改造前后對比

(6)性能曲線對比，如圖3和圖4所示。

圖3 改造前泵性能曲線

圖4 改造后泵性能曲線

5 改造效益及效果

(1)項目投資執行情況：項目投資主要為機泵葉輪切割、性能試驗、往返運費等。項目費用來源為設備日常檢維修費用，施工費用未額外增加，低于概算。

(2)效益預期實現情況：目前0254-P213B運行期間實時電機功率為41.2 kW，按照滿負荷運行工況計算，每年可節約電費(55-41.2)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈6.49萬元/年，接近預期。

(3)改造技術效果：安裝施工結束后，該泵于2021年11月12日正式投入運行，機泵投入運行后，電流由原110 A下降至96.5 A，軸功率由原55 kW降低至當前46.7 kW，機泵出口壓力3.1 MPa，目前機泵運行平穩，軸承溫度、振動等各項參數滿足工藝操作要求。

6 結語

裝置建設期間部分轉動設備的理論設計選型，與正常生產中實際工況往往會存在偏離，機泵實際性能與工況不吻合的情況比較常見。造成這種情況的原因較多也比較復雜，機泵廠家在制造過程中的誤差；裝置開工后介質組分的偏離等，都會對機泵的實際運行狀態產生影響。通過本次改造，我們積累了相關方面的經驗，對如何在諸多解決問題方法中選擇最優方案，在今后處理類似問題時有著重要的指導意義。同時，本次改造過程也為其他同類裝置類似問題的處理提供了實踐案例，具有推廣價值。