淺談加氫裂化裝置液力透平長周期運行措施

周健

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125001）

1 前言

150 萬噸/年蠟油加氫裂化裝置于2014 年12 月建成投產(chǎn)，操作溫度為260℃，操作壓力為15.5MPa。為充分回收利用熱高壓分離器V103 到熱低壓分離器V104反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生的壓力能，大幅降低裝置能耗，加氫進(jìn)料泵組采用了由電機(jī)和液力透平共同驅(qū)動的方式。通過充分調(diào)研其他煉廠同類設(shè)備的使用情況，加氫裂化裝置反應(yīng)進(jìn)料泵和液力透平泵組(P-102A、HT-101)選用日本荏原公司的產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，目前液力透平能夠回收電能約為額定功率的30%～40%，節(jié)能效果比較顯著。但在運行初期，由于對此設(shè)備的特性了解不夠充分，操作不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致設(shè)備故障率較高。通過對液力透平出現(xiàn)的各類故障進(jìn)行統(tǒng)計分析，認(rèn)真查找原因，同時調(diào)研其他同類裝置的設(shè)備運行情況，制定合理對策，采取切實有效的措施，保證液力透平能夠長周期平穩(wěn)運行，達(dá)到裝置節(jié)能降耗的目的。

2 基本工作原理、工藝流程、使用特點

2.1 基本工作原理

加氫裂化裝置液力透平是以反映流出物作為介質(zhì)，反映流出物進(jìn)入液力透平，做功后從設(shè)備排出。此設(shè)備最重要的轉(zhuǎn)動部件是葉輪，多級葉輪安裝在主軸上，葉片沿圓周均勻分布，高壓液體帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將介質(zhì)的所具有壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槿~輪的動能，從而驅(qū)動設(shè)備快速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，大幅降低電機(jī)功率，起到降低裝置電耗的作用。

2.2 工藝流程

由圖1 所示，原料油經(jīng)過加氫進(jìn)料泵加壓，進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐升溫，再經(jīng)過反應(yīng)器反應(yīng)，生成高溫高壓的反應(yīng)流出物，進(jìn)入熱高壓分離器，氣液分離后，高壓液體進(jìn)入液力透平，為液力透平轉(zhuǎn)動提供能量，低壓液體回到熱低壓分離器。熱高壓分離器的液位穩(wěn)定，保證液力透平的長周期運行的重要因素，熱高分液位控制由A 閥、B 閥、C 閥共同組成三閥組，通過三閥組的串級調(diào)節(jié)，共同調(diào)節(jié)熱高壓分離器的液位。

圖1 工藝流程圖

2.3 使用特點

加氫裂化裝置的加氫進(jìn)料泵由電機(jī)和液力透平共同驅(qū)動，液力透平的額定功率為640kW，電機(jī)的額定功率為2650kW。加氫進(jìn)料泵和液力透平分別布置在電機(jī)兩端，排列布局為：泵-變速箱-電機(jī)-超速離合器-液力透平。液力透平和電機(jī)之間設(shè)有超速離合器，具有聯(lián)接和脫開電機(jī)的功能，同時，在SIS 系統(tǒng)設(shè)置超速保護(hù)聯(lián)鎖，避免因液力透平發(fā)生超速而損壞設(shè)備，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

2.4 反應(yīng)進(jìn)料泵-液力透平泵組主要技術(shù)參數(shù)

投運液力透平所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的，這主要取決于液力透平的流量、進(jìn)出口的壓差及介質(zhì)性質(zhì)等技術(shù)參數(shù)。反應(yīng)進(jìn)料泵-液力透平泵組主要技術(shù)參數(shù)見表1 所示。

表1 反應(yīng)進(jìn)料泵-液力透平泵組主要技術(shù)參數(shù)

表2

以泵出口230t/h 為標(biāo)準(zhǔn)（約70%裝置負(fù)荷），對比P102A+HT101 與P102B（備泵）一天的耗電量。

通過上表可知，在裝置70%負(fù)荷時，P102A+HT101泵組每運行一天，較P102B 泵組可節(jié)約電費約1 萬元，因此，液力透平的長周期運行蘊藏著很大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 液力透平運行故障分析

3.1 操作失誤

從加氫裂化2014 年年底建成以來，曾發(fā)生過一次是由于操作失誤造成密封泄漏。2018 年10 月3 日，試運沖洗油泵后，沖洗油充滿了液力透平和相關(guān)管線，透平入口蒸汽伴熱線投用并且預(yù)熱線手閥未關(guān)閉，導(dǎo)致存留油品受熱“脹線”，最終密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力超過密封設(shè)計值導(dǎo)致靜環(huán)碎裂；調(diào)研國內(nèi)同類裝置，得知齊魯石化2016 年曾發(fā)生過類似情況，當(dāng)時液力透平剛剛檢修完畢，使用沖洗油罐泵，但由于沖洗油壓控閥調(diào)節(jié)失誤，導(dǎo)致高壓沖洗油瞬間注入，O 型圈被推出定位槽，造成了密封泄漏。

3.2 大氣側(cè)密封隔離液變質(zhì)、結(jié)焦

隔離液指密封沖洗方案大氣側(cè)的緩沖介質(zhì)，目的是保持密封面潔凈、低溫，避免磨損和各類發(fā)熱造成的損傷。更重要的是，當(dāng)密封面失效時，不易燃的隔離液能夠?qū)⑿孤┑母呶＝橘|(zhì)推向泵內(nèi)，避免火災(zāi)爆炸等嚴(yán)重事故發(fā)生。透平機(jī)械密封沖洗方案采用了PLAN53B 方案，查看液力透平近年的檢修記錄，2014 年和2021 年，兩次因隔離液結(jié)焦造成密封泄漏。隔離液變質(zhì)結(jié)焦后，焦粉會聚集在機(jī)械密封動環(huán)的波紋管處，當(dāng)焦粉填滿波紋間隙后，會使波紋管失去彈性，致使動環(huán)失去補(bǔ)償作用，從而導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

3.3 沖洗油供應(yīng)不穩(wěn)定

加氫裂化裝置液力透平經(jīng)常采用PLAN32 作為介質(zhì)側(cè)密封的沖洗方案，該方案需要外接潔凈的沖洗油對密封面進(jìn)行沖洗和冷卻，目前行業(yè)內(nèi)多采用加氫裂化裝置自產(chǎn)柴油并通過設(shè)置沖洗油泵的方法供應(yīng)沖洗油。當(dāng)沖洗油供應(yīng)不足或中斷時，都會造成介質(zhì)側(cè)密封端面失去沖洗和冷卻，極易造成密封端面過熱失效，造成密封泄漏。

加氫裂化裝置液力透平密封沖油站有2 臺油泵互為備用，壓力低于2.83MPa 時自動啟動備用泵保證沖洗油連續(xù)供應(yīng)。原設(shè)計沖洗油泵為螺桿泵，2017 年6 月首次對液力透平進(jìn)行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)螺桿泵在輸送低流量高揚程的柴油時，泵體發(fā)熱嚴(yán)重，運行30min 即超過60℃，運行至4h 后泵自停，拆解發(fā)現(xiàn)螺桿已咬死。故障泵經(jīng)過返廠維修后，于2017 年10 月再次試運，仍發(fā)生相同的故障。另外還發(fā)現(xiàn)，在試運中泵出口壓力、流量均處于波動、下降趨勢。

4 液力透平優(yōu)化實施對策

4.1 優(yōu)化液力透平投用操作卡

優(yōu)化原液力透平投用操作卡，細(xì)化操作步驟，減少不必要的操作，保證操作簡單方便。同時，加強(qiáng)員工培訓(xùn)，保證員工能夠熟練掌握操作要點。此后，液力透平再沒有因操作失誤造成密封失效的故障。

4.2 改善冷卻水質(zhì)

2020 年，大修期間，對裝置機(jī)泵冷卻水進(jìn)行了改造，由循環(huán)水改為除鹽水，目的就是解決液力透平等熱油泵冷卻器結(jié)垢的問題。通過查閱近2 年的巡檢記錄，發(fā)現(xiàn)液力透平機(jī)械密封冷卻器進(jìn)出口溫度，冷卻水套上水、回水溫度均沒有明顯變化，說明改用除鹽水后冷卻器能夠長期保持較好的效果。

4.3 增加PLAN62 氮氣供應(yīng)量

根據(jù)與設(shè)計溝通和同類型裝置的調(diào)研結(jié)果反饋，確認(rèn)將氮氣壓力由原設(shè)計的0.03MPa 提升至0.1MPa，確保了順軸套正常泄漏的隔離液能夠與空氣隔絕，同時適當(dāng)增加氮氣壓力也能起到一定的冷卻效果，減緩隔離液結(jié)焦。從2021 年5 月至今，經(jīng)過兩年多的實踐發(fā)現(xiàn)：運行3 ～5 個月后，正常泄漏的隔離液已經(jīng)不再是深棕色了，變?yōu)榱说S色，說明隔離液結(jié)焦減緩了。每天進(jìn)行密封端面的紅外測溫，發(fā)現(xiàn)溫度一直保持穩(wěn)定，說明散熱一直良好。

4.4 縮短隔離液檢查及置換周期

2021 年5 月開始，每三個月對加氫進(jìn)料泵和液力透平的機(jī)械密封隔離液進(jìn)行置換。經(jīng)過兩年多的實施，目前每次置換出排出的隔離液不再成深棕色，也沒有明顯的油氣味。說明目前三個月的置換更換隔離液的方法是有效的，能夠改善并提高機(jī)械密封的運行狀況。

4.5 重新選型沖洗油泵

在調(diào)研國內(nèi)同類裝置液力透平故障記錄時，發(fā)現(xiàn)云南石化沖洗油泵原設(shè)計為螺桿泵，螺桿經(jīng)常磨損，故障率高，后期更換了齒輪泵。廣東石化沖洗油泵原設(shè)計同樣是螺桿泵，在試運過程中同樣出現(xiàn)出口壓力不穩(wěn)等現(xiàn)象，已重新選型進(jìn)行改造。

經(jīng)過深度調(diào)研和分析，我們最終選擇了旋殼泵作為液力透平的沖洗油泵，2018 年10 月安裝完畢并投入使用。經(jīng)過4 年多的使用，目前的旋殼泵運行良好，出口壓力長期穩(wěn)定在2.9MPa 以上，兩臺泵自投用以來沒有出現(xiàn)過故障維修記錄，為液力透平長周期運行提供了保障。

5 結(jié)語

（1）隨著石油行業(yè)競爭日益加劇，降低裝置能耗，提質(zhì)增效的需求日益加大，這要求作為加氫裂化裝置的重要節(jié)能設(shè)備，液力透平必須安穩(wěn)長滿優(yōu)運行；（2）反應(yīng)進(jìn)料泵-液力透平泵組是整套引進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，在運行中暴露出的問題通過仔細(xì)查找原因，認(rèn)真分析，找到了問題所在，通過生產(chǎn)實踐，證明上述實施對策是成功有效的。