機(jī)械抽真空系統(tǒng)在減壓蒸餾裝置中的應(yīng)用

柴文正，管志軍，陳 浩

（中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司， 山東 青島 266555）

1 傳統(tǒng)蒸汽抽真空系統(tǒng)工作原理及影響因素分析

1.1 工作原理

蒸汽抽真空原理是工作蒸汽進(jìn)入噴射器中，先流經(jīng)噴嘴將壓力能變成動力能。壓力下降而流速加快，在噴嘴出口處可以達(dá)到極高的速度，因而壓力急速降低，在噴嘴周圍形成了高度真空減頂不凝氣（被吸流體）從抽真空進(jìn)口處被抽吸進(jìn)來，在混合室內(nèi)與驅(qū)動流體開始混合，然后驅(qū)動蒸汽帶著不凝氣一起進(jìn)入擴(kuò)壓管。在擴(kuò)壓管前部，蒸汽與不凝氣進(jìn)一步混合，進(jìn)行能量變換，使工作蒸汽減速而不凝氣則加速。在擴(kuò)壓管中混合流體動能又轉(zhuǎn)變成壓力，流速降低而壓力逐漸升高，從而達(dá)到塔內(nèi)真空度降低的效果。噴射器內(nèi)部沒有工作元件,構(gòu)造比較簡單、工作可靠性強(qiáng)、使用壽命長,安裝維護(hù)方便、密封性能好、抽氣量大等優(yōu)點(diǎn),因此蒸汽噴射器被廣泛地應(yīng)用于減壓蒸餾裝置。但蒸汽噴射器是蒸汽與被抽氣體混合從而進(jìn)行能量交換進(jìn)而工作,在兩股流體混合的過程中能量浪費(fèi)比較大，因此從經(jīng)濟(jì)層面考慮效率較低。

1.2 影響因素

在生產(chǎn)實(shí)踐中, 蒸汽質(zhì)量的好壞以及冷卻器循環(huán)冷卻水的冷卻質(zhì)量, 對蒸汽噴射器的抽真空能力和真空穩(wěn)定性影響很大[2]。蒸汽壓力高低低及壓力不穩(wěn)對真空泵的能力產(chǎn)生較大的影響，因此抽真空蒸汽壓力應(yīng)>1.0 MPa, 且鍋爐汽水系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽壓力要穩(wěn)定。蒸汽含水也對噴射器的性能也有較大的影響，它會造成真空度波動, 甚至?xí)椴黄鹫婵?。冷卻水供量不足,冷卻水溫太高 冷凝器冷卻效果降低, 氣流聲音變大,真空度會下降, 甚至抽不起真空。循環(huán)冷卻水一般會量比正常量要稍大一些，溫度一般不超過 30 ℃。循環(huán)水的水質(zhì)如果比較差、硬度高, 也會對抽真空系統(tǒng)造成不可忽視的影響。日積月累會造成冷凝器積垢，嚴(yán)重的甚至?xí)鸲氯? 嚴(yán)重影響冷凝器冷凝性能, 使蒸汽冷凝難度加大, 從而影響真空度。而冷凝器大多沒有備用設(shè)備，一旦發(fā)生比較嚴(yán)重的問題，必然會引起停工事故。

2 機(jī)械抽真空系統(tǒng)工作原理及影響因素分析

2.1 工作原理

機(jī)械抽真空在國內(nèi)應(yīng)用以水環(huán)--羅茨機(jī)組比較廣泛，顧名思義，機(jī)械抽真空即使通過電能以物理的形式實(shí)現(xiàn)真空度的提高與穩(wěn)定。機(jī)組中水環(huán)泵的作用是造成羅茨泵所需的預(yù)備真空，因此要求該水環(huán)泵的最大允許排氣壓力，即是說，一方面要盡量提高水環(huán)泵的極限真空度，另一方面，也要設(shè)法提高羅茨泵的最大的排氣壓力。對于減壓蒸餾當(dāng)中，即使是完全使用機(jī)械抽真空系統(tǒng)，仍然會有塔底吹汽等蒸汽被抽至機(jī)組中，而水環(huán)泵則對處理這一部分蒸汽起著至關(guān)重要的作用。水環(huán)泵在工作中葉輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，注入泵體內(nèi)的水在泵腔內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的水環(huán)，水環(huán)的內(nèi)表面與葉輪之間形成了一個(gè)月牙形的空間，隨著相鄰葉輪的旋轉(zhuǎn)形成的容腔擴(kuò)大，氣體由外部吸入，容腔由大變小時(shí)，壓縮排出，在水環(huán)泵的吸入口形成了一定的真空度。水環(huán)泵一般安裝在羅茨泵前，與兩到三臺羅茨泵串聯(lián)以發(fā)揮整個(gè)機(jī)械抽真空系統(tǒng)的最大效果，共同提升極限真空度。當(dāng)水環(huán)泵抽相對真空度達(dá)到羅茨泵啟動值時(shí)，一級羅茨泵可啟動，當(dāng)一級羅茨泵抽真空達(dá)到二級羅茨泵的啟動值時(shí)，二級羅茨泵可以啟動。羅茨泵的原理是電能帶動轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，使得被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間內(nèi)，再經(jīng)過排氣出口排出。吸氣后的空間是完全封閉的狀態(tài)，因此，泵腔內(nèi)的氣體沒有被壓縮或者膨脹。 但當(dāng)轉(zhuǎn)子上部轉(zhuǎn)過排氣出口，此空間與排氣一端相通的時(shí)候，由于排氣一端氣壓較高，有些氣體又回沖到此空間當(dāng)中，使得氣壓快速升高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，氣體將排出泵外。羅茨泵內(nèi)的泵腔，是二個(gè)“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地裝在一對平行的軸上，由一對齒輪帶動著作反向同步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。轉(zhuǎn)子中間，轉(zhuǎn)子與泵腔內(nèi)壁中間，有工作間隙，可以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。相對與蒸汽抽真空而言，機(jī)械抽真空的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但其占地面積更小，系統(tǒng)簡單易于維修。機(jī)械抽真空能耗較低，蒸汽、冷卻水消耗量減少；塔頂污水減少；達(dá)到極限真空時(shí)間短； 真空度穩(wěn)定，不受蒸汽壓力、溫度波動影響，而且達(dá)到的真空度較高。

2.2 影響因素

在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械抽真空由以下的影響因素。(1)塔頂不凝氣含水過高，這對真空度的影響很大，不但會造成塔頂污水的增加，而且會影響羅茨泵的性能進(jìn)而影響真空度[3]。因此羅茨機(jī)組在串聯(lián)時(shí)，盡量選擇水環(huán)泵作為預(yù)前泵，并且如果發(fā)現(xiàn)減頂不凝氣中含水量較大，則要時(shí)刻注意羅茨泵凝液罐液位，適時(shí)把水切出。(2)水環(huán)泵用水溫度對水環(huán)泵影響大，由于水環(huán)泵所用水為循環(huán)使用，一定要對水溫加以監(jiān)控，一般來說，水環(huán)泵允許水溫不超過40℃。特別需要注意水環(huán)泵冷卻器的運(yùn)行情況以及結(jié)垢情況，若出現(xiàn)結(jié)垢情況，應(yīng)該立刻關(guān)閉循環(huán)，改為開路再進(jìn)行維修，以免長時(shí)間影響真空度影響生產(chǎn)。(3)羅茨泵的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況對真空度影響很大，平時(shí)要對羅茨泵加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，對羅茨泵的電流情況適時(shí)監(jiān)控，避免羅茨泵過載運(yùn)行。(4)對電的依賴性較高，因此必須要確保兩路電以便停電時(shí)及時(shí)切換，避免因?yàn)橥ｋ姸斐赏９な鹿拾l(fā)生。

3 機(jī)械抽真空系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢

機(jī)械抽真空系統(tǒng)與傳統(tǒng)的蒸汽抽真空相比，受外界蒸汽、循環(huán)水影響的程度降低，設(shè)備與電能的依賴升高，因此一般來說，機(jī)械抽真空均配有備用機(jī)組以應(yīng)對突發(fā)事件。而從效益和節(jié)能層面上，機(jī)械抽真空相比與蒸汽抽真空而言具備明顯優(yōu)勢。以年生產(chǎn)能力50萬t噸常減壓裝置為例，使用蒸汽抽真空每小時(shí)蒸汽大約使用1.75 t，折合人民幣約700元，而使用機(jī)械抽真空則僅需要為設(shè)備提供電能，每小時(shí)約80元，不僅節(jié)省費(fèi)用而且避免消耗了大量的天然氣，降低了溫室氣體排放。綜合起來每年可節(jié)省400余萬元。而一些大型煉廠，在機(jī)械抽真空應(yīng)用方面也進(jìn)行了積極地嘗試并且成功地降低了能耗。在越來越重視節(jié)能降耗的今天，機(jī)械抽真空技術(shù)完全替代傳統(tǒng)的蒸汽抽真空技術(shù)也正在逐步地變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

4 結(jié) 論

通過傳統(tǒng)的蒸汽抽真空系統(tǒng)與機(jī)械抽真空比較，我們可以看出在減壓蒸餾裝置中傳統(tǒng)的蒸汽抽真空系統(tǒng)對蒸汽與循環(huán)水的要求較高，蒸汽的消耗量較大，機(jī)械抽真空系統(tǒng)對設(shè)備以及電能的要求較高，蒸汽消耗量為 0，而增加了較少的電能消耗。從效益和節(jié)能層面考慮，機(jī)械抽真空系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，因此逐漸被越來越多的石油公司所應(yīng)用。

［1］樊麗秋.真空設(shè)備設(shè)計(jì)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990.

［2］唐孟海；胡兆靈. 常減壓蒸餾裝置技術(shù)問答[M].北京:中國石化出版社，2004.

［3］徐春明,楊朝合. 石油煉制工程[M].第四版.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

［4］侯芙生.中國煉油技術(shù)[M].第三版.北京：中國石化出版社，2011.

［5］陳士軍.常減壓裝置一級減壓系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行[J].能源研究與利用, 2005(05).