噴射泵替代液環泵在某精細化工生產裝置濾液回收單元中的應用效果評估

郭鐵鑄

中國石化催化劑北京奧達分公司 北京 101111

1 現有技術情況

某精細化工生產裝置濾液回收單元采用減壓蒸餾方式進行原料回收，裝置真空系統包括液環真空泵、凝液分離罐、換熱器，回收系統需抽負壓的設備包括閃蒸釜和干燥釜。其中，閃蒸釜減壓蒸餾的真空環境是由液環真空泵抽取氣體所形成，抽出的氣體和工作液經氣液分離后，氣體經放空管道排入揮發性有機物（VOCs）尾氣處理裝置，工作液由泵輸送至換熱器，冷凝后返回至液環真空泵殼體內循環使用。

真空泵是指利用機械、物理、化學或物理化學的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的器件或設備，廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業。真空泵包括干式螺桿真空泵、液環泵、往復泵、滑閥泵、旋片泵、羅茨泵和擴散泵等，是各行業應用真空工藝過程中必不可少的主力泵種[1-3]。

閃蒸釜內的物料包括己烷、甲苯、酯類和四氯化鈦等物質，真空系統采用水作為液環真空泵的工作液。目前生產運行中存在的問題是，在抽氣、壓縮和排氣的循環過程中，四氯化鈦與水分接觸會產生氯化氫和二氧化鈦，形成鹽酸，對循環泵、換熱器和液環真空泵的殼體等部件造成腐蝕和堵塞，設備維修頻率較高[4]。為減少鹽酸對設備及管線腐蝕，工作液中需加入一定的堿液，使工作液pH值保持在一定的范圍內，為保證系統穩定運行，必須監測工作液的pH值并及時清除酸堿中和后產生的無機鹽。液環真空泵雖然可以采用甲苯作為工作液，但甲苯屬于易燃易爆化學品，充當工作液存在因泄漏引發的安全隱患[5-7]。此外，甲苯易和橡膠密封材料發生反應，導致橡膠變硬或變脆，失去密封性能，從而影響設備的使用效果。機械密封一旦因操作工況、腐蝕、機械磨損等原因導致失效，會對生產經營、安全環保造成影響[8]。

為解決腐蝕與泄漏造成的設備維修、以及酸性介質外漏后對周邊設備設施的腐蝕、現場環境的影響等問題，并保證真空系統的穩定運行，引入噴射泵替代液環真空泵[9]。該噴射泵以甲苯為工作液，由噴嘴、吸入腔和擴壓段三部分構成，其工作原理是高速流過噴嘴的甲苯形成高速射流，在噴嘴出口形成局部真空環境，與待抽真空的系統形成壓差，將被抽流體引入吸入腔。與工作液甲苯混合后進入擴壓段并排至中間罐。對噴射泵使用過程中形成的真空度、排氣量、廢液產生量和系統穩定性進行考察。

2 噴射泵在某化工生產裝置中的應用

真空緩沖罐抽至所需真空的累計時間，真空緩沖罐的真空度通過泵旁路閥門的開度和流量來調控[10]。

同等工況下，工作液緩沖罐達到極限真空時所用的時間，能反映出抽氣速率的快慢。根據表1數據可知，工作液未降溫條件下，達到同樣真空度所需時長約是降溫條件的2.7倍。其原因在于，首先當冷凝器未通冷凍鹽水時，會導致噴射泵系統工作液的冷卻效果不佳，從而使得工作液溫度過高，高溫使得壓力升高，從而達到極限真空的時間也會相應地變長。其次，冷凝器未通冷凍鹽水，噴射泵系統工作液中揮發性成分會增加，更高的溫度和壓力會加速這種揮發性成分的釋放，形成氣體影響真空度，從而使噴射泵系統形成真空環境的有效時間減少[11]。綜上所述，冷凝器未通冷凍鹽水會導致噴射泵系統的工作液無法迅速進行冷卻，導致實現極限真空所需的時間更長。

表1 冷凝器換熱效率對噴射泵真空系統真空度的影響

噴射泵真空度的調控可通過工作液循環泵的泵流量調控，利用流量控制回路，使一定量的工作液在泵出口旁路至工作液中間罐間循環，將流量輸入信號與真空緩沖罐的壓力輸出信號進行連鎖，實現對噴射泵出口真空度的反饋控制。從表2數據可知，一定程度上調控泵循環流量，會使真空系統達到極限真空的時間延長，當泵流量繼續下調至1/3V后，極限真空降低至-0.08MPa。

表2 泵循環流量對噴射泵真空系統真空度的影響

原工藝采用液環真空泵對閃蒸釜進行減壓，為進一步對比噴射泵和液環真空泵在特定工況下使用情況，分別對工作液緩沖罐和閃蒸釜真空系統進行試驗，數據列于表3。

表3 液環真空泵與噴射泵真空系統比較

從表3中可知，采用液環真空泵抽真空，其抽氣速率比噴射泵慢，達到極限真空度-0.97MPa，液環真空泵需65min，噴射泵為20min，工作液緩沖罐的壓力從-0.6～-0.97MPa，噴射泵的抽氣效率的平均值約是液環真空泵的3倍。

從表4數據可知，閃蒸釜減壓操作采用噴射泵和液環真空泵作為真空系統時，噴射泵工作液的溫度對泵的抽氣速率影響較大，當工作液循環管路上的冷凝器未通冷卻鹽水時，其達到指定真空所需時間幾乎與液環真空泵持平；而當工作液循環管路上的冷凝器通冷卻鹽水時，噴射泵的效率是液環真空泵的2.3倍。

表4 液環真空泵與噴射泵真空系統比較

液環真空泵在使用過程中，工作液中會逐漸積累有機組分，需定期更換工作液，由此產生大量廢有機溶劑。閃蒸釜內的物料含有四氯化鈦組分，雖然在液環泵的工作液運行中考慮到防腐蝕的要求，保持一定的堿性，但在實際工作中因切換工作液不及時，監控不足等情況仍會出現泵體部件腐蝕損壞的情況。

為解決上述問題，避免液環真空泵使用過程中廢有機溶劑和酸性工作液的產生，采用甲苯作為液環真空泵的工作液。試車時發現甲苯作為工作液，液環真空泵的進出口會形成較大的溫差，工作液的工作溫度較高，因閃蒸釜的操作溫度通常在70～150℃，即使經過冷凝器換熱，液環真空泵實際真空度和抽氣量波動較大，不滿足生產需要。經過工藝改造，降低液環真空泵轉速后雖然使工作液溫度降低，但對液環真空泵的抽氣速率和維持泵內液環造成不利影響。而改用噴射泵后，具有較快的抽氣速率，經過調試能夠實現生產過程的穩定運行。

3 結論

某精細化工生產裝置濾液回收單元的真空系統引入噴射泵替代液環真空泵，對改造前后噴射泵使用過程中形成的真空度、排氣量、廢液產生量和系統穩定性進行考察，得到以下結論：

（1）冷凝器的換熱效率越高，能夠縮短噴射泵真空系統達到極限真空度所需時間。

（2）噴射泵真空度的調控可通過工作液循環泵的泵流量調控，但當泵流量繼續下調至1/3V后，極限真空降低至-0.08MPa，且會使真空系統達到極限真空的時間延長。

（3）對比噴射泵和液環真空泵在同等工況下的抽氣效率，噴射泵抽氣效率的平均值約是液環真空泵的3倍。

（4）當閃蒸釜減壓操作時，對比噴射泵和液環真空泵可知，噴射泵工作液的溫度對泵的抽氣速率影響較大，當工作液循環管路上的冷凝器未通冷卻鹽水時，其抽氣速率幾乎與液環真空泵的抽氣速率持平，冷凝器通冷卻鹽水時，噴射泵的抽氣效率是液環真空泵的2.3倍。

（5）引入噴射泵替代液環泵真空泵，不僅使真空系統的穩定性得到有效提升，還有效解決了腐蝕與泄漏造成的設備維修、避免了酸性介質外漏后對環境的影響。