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    乙烯裝置低溫泵的選型與操作問題探討

    2019-09-10 19:46:40楊海召
    關(guān)鍵詞:操作選型

    楊海召

    【摘??要】一些離心泵在乙烯裝置中被用于輸送低溫介質(zhì),由于大多數(shù)介質(zhì)是易燃易爆介質(zhì),并且溫度非常低,很容易氣化蒸發(fā)。因此,這些低溫泵的使用必須非常嚴(yán)格,從而對(duì)如何選擇和操作低溫泵也提出了更高的要求。本文主要介紹了在乙烯裝置中選擇和操作低溫泵時(shí)需要考慮的問題,研究了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),并為相關(guān)工程人員提供了理論參考。

    【關(guān)鍵詞】乙烯裝置;低溫泵;選型;操作

    作為中國石化工業(yè)的重點(diǎn),乙烯工業(yè)生產(chǎn)丁二烯,乙烯和其他非常重要的原料產(chǎn)品。因此,在石化產(chǎn)品方面,許多國家高度重視乙烯工業(yè)的發(fā)展,并將乙烯的總產(chǎn)量作為衡量該國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。從目前的實(shí)際情況來看,裂解輕柴油和石腦油生產(chǎn)乙烯的主要過程是通過順序分離工藝完成的,原理是使用不同的溫度將碳含量按照從輕到重的順序裂解氣分離,并通過在不同溫度下精餾將其分離以產(chǎn)生不同的產(chǎn)物。在正常情況下,在室溫下適當(dāng)?shù)膲毫ο拢梢苑蛛x出三種或更多種碳組分。分離在低溫下進(jìn)行,另外,乙烯在儲(chǔ)存過程中也要求低溫條件。此時(shí),必須對(duì)能適應(yīng)低溫介質(zhì)的泵進(jìn)行循環(huán)和加壓,此類介質(zhì)的裝載,存儲(chǔ)和卸載也需要低溫泵送。低溫泵的工作條件十分嚴(yán)格,因此,對(duì)低溫泵的選型和操作也提出了更高的要求。本文則主要對(duì)選擇和操作低溫泵時(shí)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了探討。

    一、低溫泵的選型問題

    1.1基本結(jié)構(gòu)選擇

    為了應(yīng)對(duì)低溫泵的苛刻工作條件,通常在乙烯設(shè)備中選擇立式雙套管泵,即AIP?610中的VS?6或VS?7離心泵。這主要是為了在難以在冷狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械密封的條件下,確保在臥式泵輸送低溫流體時(shí)的密封性能。氫或部分氣化的氣態(tài)介質(zhì)等介質(zhì)中的不溶性氣體難以除去,同時(shí),泵體也難以冷卻。因此,使用立式插裝泵時(shí),可以適當(dāng)增加機(jī)械密封和低溫介質(zhì)之間的距離,排氣也很方便。泵體被部分掩埋,因此不受電動(dòng)機(jī)的熱空氣,氣溫和陽光的影響,容易保持低溫狀態(tài)。泵體結(jié)構(gòu)非常對(duì)稱,溫度變化時(shí)變形也相對(duì)較大,由于具有垂直結(jié)構(gòu),因此最適合用作具有小空化邊緣的設(shè)備。第一級(jí)葉輪位于第一級(jí)葉輪和泵送中心線之間的最低位置。勢(shì)能差增加了液體灌流頭,從而大大增加了第一階段葉輪群中的NPSH?a;雙層殼的內(nèi)殼完全浸沒在介質(zhì)中,外殼僅承受吸入壓力,從而能夠減少內(nèi)殼與外殼之間的相對(duì)壓差,有助于提高整體強(qiáng)度。

    1.2材料選擇

    為了確保低溫泵的長期穩(wěn)定運(yùn)行,在低溫條件下選擇合適的材料非常重要。一般選擇奧氏體不銹鋼作為與介質(zhì)接觸的金屬材料。低溫泵中的非金屬材料主要用于軸封,通常選擇使用石墨,玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯等材料。

    1.3軸承與潤滑選擇

    對(duì)于具有垂直多級(jí)結(jié)構(gòu)的低溫泵,上軸承通常是滾動(dòng)軸承,位于機(jī)械密封上端的特殊軸承箱中,并用稀油潤滑。如有必要,應(yīng)為儲(chǔ)物箱添加其他輔助冷卻管。下軸承是一個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)向軸承,浸入在低溫介質(zhì)中并由該介質(zhì)潤滑。下軸承主要用作限制泵軸同心度的中間支撐。根據(jù)泵軸的長度,可以設(shè)置不同數(shù)量的軸承。

    二、低溫泵的操作問題

    2.1操作特點(diǎn)

    2.1.1低溫高壓的工作條件

    乙烯裝置的低溫泵通常處于十分惡劣的低溫高壓的工作條件。根據(jù)乙烯裝置中低溫泵的主要運(yùn)行參數(shù),可以看出泵送介質(zhì)的溫度非常低,均低于40°C,其中脫甲烷塔回流泵的溫度甚至低于負(fù)的一百三十?dāng)z氏度。泵體在低溫條件下易發(fā)生冷脆,這對(duì)泵體材料的選擇和加工提出了更嚴(yán)格的要求。另外,不管乙烯,丙烯或甲烷塔鍋爐的液體在常溫下均處于氣態(tài),以確保它們處于液態(tài),泵的吸入壓力都相對(duì)較高,乙烯工廠中的低溫泵通常必須滿足較高的要求,出口處的壓力也很高。因此,泵體應(yīng)該能夠承受高壓,并且密封結(jié)構(gòu)也應(yīng)該適合于密封高壓條件。

    2.1.2特殊的低溫介質(zhì)

    大量裂解氣的冷凝液在常壓下為輕質(zhì)的氣態(tài)。與普通的液化蒸汽相比,它更容易汽化,更易燃易爆。通常,介質(zhì)的滲透性都較強(qiáng)。對(duì)于脫甲烷塔的回流泵,其滲透性比普通氣體如氧氣和氮?dú)庖獜?qiáng)得多。因此,無論是靜態(tài)密封還是動(dòng)態(tài)密封,都要求低溫泵不得泄漏。

    低溫泵所輸送的介質(zhì)基本上處于飽和狀態(tài),或有輕微的溫度過低。這種狀態(tài)下的介質(zhì)對(duì)溫度非常敏感。如果溫度變化25%,則汽化壓力通??梢宰兓?00%甚至200%。同時(shí),介質(zhì)的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化,例如密度和比熱值。介質(zhì)的這種特性對(duì)泵的密封,氣蝕性能以及是否可以順利切斷的問題提出了新的要求。

    對(duì)于每種低溫液化的氣體,都有一定的溫度,無論施加多大的壓力,都無法將其液化。該溫度稱為氣體的臨界溫度。在臨界溫度下液化氣體的最小壓力稱為氣體的臨界壓力。如果由低溫泵輸送的低溫泵的溫度由于某些原因而升高,例如軸承摩擦,密封端面上的摩擦等,并且其溫度接近或高于臨界溫度,則必定會(huì)將介質(zhì)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)。此時(shí)如果不及時(shí)采取措施,操作必定會(huì)異常,這是許多低溫泵無法正常運(yùn)行且密封失效的重要原因之一。

    2.2具體操作

    2.2.1輔助管路

    低溫泵的輔助管路系統(tǒng)除密封輔助系統(tǒng)和軸承冷卻管路外,還應(yīng)在泵的入口和出口管路上有一個(gè)出口孔。其中,應(yīng)特別注意確保氣路接口。由于介質(zhì)包含少量不溶性氣體或由于運(yùn)行過程中局部溫度變化而導(dǎo)致的少量蒸發(fā),因此應(yīng)排除這部分氣體,否則它將積聚在泵的入口和出口以及用于振動(dòng)或氣蝕的泵。通常,氣體管線出口位于泵入口和出口部分的最高端。當(dāng)泵運(yùn)行時(shí),該管線與塔或罐的上部氣相始終保持連通。為了便于清潔和沖洗空氣以及更換空氣,有時(shí)使用沖洗噴嘴的方法。

    2.2.2開車

    與其他設(shè)備相比,低溫泵的開車過程較復(fù)雜,而且循環(huán)時(shí)間很長,主要過程包括清潔,沖洗,干燥,預(yù)冷和開車。

    (1)清潔。在低溫泵的制造和使用過程中,其泵體內(nèi)有許多有害物質(zhì)。因此,內(nèi)部物質(zhì)應(yīng)在原始使用前進(jìn)行處理,以防止由于低溫凍結(jié)而導(dǎo)致泵的使用和穩(wěn)定性。在特定的清潔過程中,可使用汽油填充泵體內(nèi)部以溶解內(nèi)容物,然后進(jìn)行清洗。至于干燥,可以先使用干燥氮?dú)猓缓笫褂脽o水甲醇吸收其中包含的水分,然后沖洗并清潔。

    (2)沖洗并更換。清潔后,用干燥的氮?dú)獯祾邚氐讻_洗1小時(shí)以上,清潔效果會(huì)更好。通過將干燥的氮?dú)獯等氡皿w內(nèi),可以替換內(nèi)部的易燃易爆空氣,從而確保安全運(yùn)行。通過在開車前使用低溫氮?dú)庾兓簿哂谐醪降念A(yù)冷卻效果。

    (3)預(yù)冷卻泵體。必須考慮泵體的預(yù)冷卻,因?yàn)檫@是低溫泵的獨(dú)特啟動(dòng)過程。一方面,由于在直接操作中泵體的工作溫度非常低,因此當(dāng)泵體受到低溫影響時(shí)會(huì)在泵體中產(chǎn)生變形和彎曲的不利影響。因此,可以通過預(yù)冷卻來避免上述效果,以確保泵的平穩(wěn)運(yùn)行。再者,由于乙烯是一種相對(duì)易蒸發(fā)的物質(zhì),溫度對(duì)其影響很大,因此必須在首次使用之前預(yù)冷之后再使用低溫泵,以防止在檢查和維修中出現(xiàn)大量的氣體。這樣,通過科學(xué)的預(yù)冷卻可以確保開車的順利進(jìn)行。

    (4)開車

    預(yù)冷完成后,如果啟動(dòng)時(shí)沒有問題,就可以開車。在開車之前,需要確保已調(diào)試所有密封輔助系統(tǒng),并且所有壓力和溫度參數(shù)均正常。開車后,需要密切注意密封輔助系統(tǒng)的狀況。通常,啟動(dòng)低溫泵后,務(wù)必確保在2小時(shí)內(nèi)所有運(yùn)行參數(shù)和工作條件滿足正常開車的要求,直到系統(tǒng)穩(wěn)定。

    三、結(jié)語

    綜上,乙烯工業(yè)在當(dāng)前化工行業(yè)中占據(jù)重要地位。而乙烯裝置中的低溫泵通常處于低溫高溫的嚴(yán)苛的工作條件,而其輸送的介質(zhì)又十分特殊,具有滲透性強(qiáng)、易燃易爆、汽化壓力容易受溫度影響等特性。因此,低溫泵在運(yùn)行過程中尤其是在進(jìn)行開車時(shí)容易發(fā)生故障,阻礙正常運(yùn)作。對(duì)此,本文主要對(duì)乙烯裝置中低溫泵的選型和操作問題進(jìn)行了探討,以期對(duì)設(shè)計(jì)和操作低溫泵的相關(guān)工作人員提供理論參考,推動(dòng)乙烯工業(yè)的蓬勃發(fā)展。

    參考文獻(xiàn):

    [1]李金波,陳亞林.乙烯裝置低溫泵的選型與操作問題探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2010,31(04):24-26+29+26.

    (作者單位:浙江石油化工有限公司)

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