自吸泵在PTA裝置中的應(yīng)用

高齊龍

（福海創(chuàng)石油化工有限公司，福建漳浦，361026）

精對苯二甲酸（PTA）生產(chǎn)裝置是以對二甲苯為原料，液相氧化生成粗對苯二甲酸，再經(jīng)加氫精制，結(jié)晶、分離、干燥后制得精對苯二甲酸。精對苯二甲酸為白色針狀結(jié)晶或粉末，低毒、易燃，是生產(chǎn)聚酯切片、長短滌綸纖維等化纖產(chǎn)品的重要原料，廣泛用于與化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國民經(jīng)濟的方方面面。亞洲是全球精對苯二甲酸（PTA）最主要的生產(chǎn)地和需求地，而近年全球新建的精對苯二甲酸（PTA）產(chǎn)能主要集中在中國，隨著各龍頭企業(yè)大產(chǎn)能裝置的陸續(xù)投產(chǎn)，行業(yè)暴利狀態(tài)一去不返，高成本生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)進入虧損狀態(tài)甚至長期停產(chǎn)。隨著市場競爭的日益激烈，安全低耗正在逐漸成為各精對苯二甲酸（PTA）生產(chǎn)企業(yè)的主戰(zhàn)場。

1 裝置物料排放回收泵運行狀況

精對苯二甲酸（PTA）生產(chǎn)裝置的物料多為漿料，腐蝕性強且容易堵塞，裝置內(nèi)的設(shè)備類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備運行的穩(wěn)定性較低，經(jīng)常需要進行堿洗、清堵以及清洗過濾器等工作，進行此類作業(yè)時需要大量排放，而這些帶有物料的混合液體一般都是通過地溝集中排入深度4.35米的廢液回收池，回收池上安裝有4臺185KW觸液材質(zhì)為316L的立式長軸泵將混合液體送至污水處理系統(tǒng)進一步回收利用。

立式長軸泵投用以來，經(jīng)常發(fā)生泵吸入口濾網(wǎng)堵塞、振動大、填料泄漏等故障，甚至還出現(xiàn)過多次中間軸斷裂事件。此外裝置設(shè)計時將長軸液下泵安裝于裝置區(qū)內(nèi)部，泵的上方有混凝土平臺，邊上則是管廊，導(dǎo)致無法用吊車配合檢修，只能采用手拉葫蘆進行拆裝，檢修耗時費力，且維修成本居高不下。

2 原因分析

立式長軸泵安裝投用后故障頻繁，主要從設(shè)計選型、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行維護及檢修裝配等方面進行原因分析。

2.1 立式長軸泵的設(shè)計選型

泵的設(shè)計要求直接明確為長軸液下泵，泵的選型就是根據(jù)泵的工作環(huán)境、條件，泵正常運行必需的性能參數(shù)，所輸送介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)，全面考慮泵的性能指標、材質(zhì)選用、密封可靠性、節(jié)能以及使用維護等綜合經(jīng)濟指標，選取最適用的泵型和規(guī)格型號。立式長軸泵數(shù)據(jù)表見表1。

表1 立式長軸泵數(shù)據(jù)表

根據(jù)數(shù)據(jù)表，設(shè)計最初要求選用單端面機械密封、開式葉輪，實際供應(yīng)商配套的立式長軸泵采用填料密封、閉式葉輪，所輸送液體中的固體主要為精對苯二甲酸（PTA）粉末,含量僅6%,在考慮節(jié)能的前提下可以選用閉式葉輪；而含有固定顆粒、非易燃易爆且介質(zhì)不會污染環(huán)境的工況，選用填料密封其日常維修成本則明顯低于機械密封。因此立式長軸泵的設(shè)計選型能夠符合廢液回收系統(tǒng)的實際需求。

2.2 立式長軸泵的設(shè)計結(jié)構(gòu)

按設(shè)計最初要求，應(yīng)當(dāng)選用長軸液下泵，長軸液下泵設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 長軸液下泵結(jié)構(gòu)圖

立式長軸泵同長軸液下泵都是立式離心泵，結(jié)構(gòu)差異不大，而立式長軸泵是由液下泵改進而成，性能高于液下泵，運行也更加平穩(wěn)。立式長軸泵設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 立式長軸泵結(jié)構(gòu)圖

為防止大顆粒雜物被葉輪（件1）吸入泵內(nèi)，立式長軸泵吸入口（件25）處裝有濾網(wǎng)，泵主軸（件5、14）、外接管（件7、22、23）等為多節(jié)，分段主軸采用套筒聯(lián)接并安裝有導(dǎo)軸承（件2、21），導(dǎo)軸承材料采用賽龍，不外接潤滑液，泵的軸封采用填料密封（件17）。

不論是立式長軸泵還是長軸液下泵，由于其主軸很長，輸送介質(zhì)又含有固定顆粒，因此軸的下端一般不會設(shè)計滾動軸承而采用滑動軸承，滑動軸承同軸套在運行中必然會產(chǎn)生磨損，這將導(dǎo)致泵在運行中擺動幅度逐漸增大，泵的振動、軸封泄漏問題也就接踵而來。

2.3 泵的運行維護

廢液回收池上設(shè)計安裝有高、低液位聯(lián)鎖報警裝置，低液位導(dǎo)致立式長軸泵抽空汽蝕的可能性很小，而在泵檢修過程將泵從池中吊出時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)吸入口過濾網(wǎng)上吸附著大量的塑料袋等雜物，這表明裝置區(qū)域內(nèi)有大量的非生產(chǎn)性物資進入地溝內(nèi)，需要加強運行維護。

2.4 泵的檢修裝配

立式長軸泵經(jīng)過反復(fù)多次的汽蝕損害，主軸、軸套以及泵的裝配精度均有不同程度的下降，填料泄漏、振動大也成了立式長軸泵運行的常態(tài)。同臥式離心泵相比，立式長軸泵安裝檢修比較麻煩，為了控制維修成本，主軸、滑動軸承、軸承等磨損不是太嚴重一般不會更換，多段主軸的同軸度無法確保，轉(zhuǎn)子的動平衡也很難檢測，因此正常生產(chǎn)期間立式長軸泵的檢修裝配很難達到恢復(fù)設(shè)備技術(shù)性能和精度的要求，立式長軸泵基本處于帶“病”運行的狀況且積重難返。

3 改進措施

首先生產(chǎn)部門在各個地溝通往廢液回收池的入口處增設(shè)了數(shù)道攔污網(wǎng)，安排人員定期進行巡查和清撈，裝置大修期間還安排對回收池以及各個地溝進行徹底清理。然而針對立式長軸泵存在的諸多問題，不進行根本性的改變將很難降低設(shè)備故障率及維修成本，經(jīng)研討后確定在廢液回收池附近新安裝了兩臺110KW臥式自吸泵，原四臺立式長軸泵保留運行狀況相對較好的兩臺作為備臺。

3.1 自吸泵結(jié)構(gòu)原理

自吸泵設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖3。

自吸泵啟動前先在泵體（件號6）內(nèi)灌滿液體（或泵殼內(nèi)自身存有液體）。啟動后葉輪（件號8）高速旋轉(zhuǎn)使葉輪槽道中的水流向渦殼，這時入口形成真空，使進水止回閥（件號2）打開，吸入管內(nèi)的空氣進入泵內(nèi)，在離心力的作用，液體夾帶著氣體向外緣流動并排到氣液分離管（件號5）中，此時，由于流速突然降低，較輕的氣體從混合氣液中被分離出來，氣體通過泵體出口（件號4）繼續(xù)上升排出，脫氣后的液體由回流孔再次流回到葉輪外緣。隨著這個過程周而復(fù)始的進行下去，吸入管路中的空氣不斷減少，直到吸盡氣體，完成自吸過程，自吸泵便投入正常作業(yè)。

3.2 自吸泵投用后的效果

立式長軸泵設(shè)計為懸臂結(jié)構(gòu)，主軸長度大，葉輪在轉(zhuǎn)動時的不平衡徑向力會使葉輪端產(chǎn)生很大的撓度，軸越長，撓度越大，因而同結(jié)構(gòu)簡單的自吸泵相比故障率較高；此外同樣的工況條件，立式長軸泵電機185KW，自吸泵110KW，自吸泵的采購成本及運行電耗明顯低于立式長軸泵；自吸泵主要部件均在地面上，故障檢修同離心泵檢修類同，一般不需要拆卸電機，也不需要吊車配合，檢修施工同立式長軸泵相比更加簡捷、高效，泵的易損件更少，價格更便宜，檢修質(zhì)量也更容易控制。

兩臺自吸泵安裝投用后，各項技術(shù)性能指標均達標，泵的振動、噪音、故障率等明顯降低，節(jié)支降耗效果顯著。

4 結(jié)語

石化生產(chǎn)裝置中，污油、污水的提升泵普遍設(shè)計選型采用長軸液下泵或立式長軸泵，此類提升泵作為裝置的附屬或輔助單元設(shè)備，企業(yè)的重視程度往往不夠，沒有識別出作業(yè)過程中污油、污水池中可能散發(fā)可燃氣體的危害性，此類泵的主要轉(zhuǎn)動部件浸沒在介質(zhì)中，轉(zhuǎn)動零件之間的摩擦若產(chǎn)生火花，就有可能引起爆炸事故。

2010年11月遼陽石化公司加氫三車間在長軸液下泵單機試運過程發(fā)生閃爆事故，導(dǎo)致5死1傷；2012年3月，大港石化儲運車間火炬污水泵（長軸液下泵）閃燃事件，所幸及時發(fā)現(xiàn)并撲滅，未發(fā)生惡性事故。為了杜絕長軸液下泵類似事故的發(fā)生，2012年中石油專門下發(fā)了油煉化［2012］53號文件《關(guān)于停用長軸液下泵的通知》，各大煉廠及地方煉油企業(yè)開始逐漸改用自吸泵取代長軸液下泵［1］。

自吸泵的研究是我國氣液綜合能力的主要成果，尤其到20世紀80年代中期，隨著回流孔的開發(fā)與使用，自吸泵才真正得到發(fā)展和創(chuàng)新，自吸泵是近幾十年來才開始推廣應(yīng)用的，我國以自吸泵為實例所進行的氣液相流研究，也處于較為領(lǐng)先的地位，隨著人們在使用過程中越來越關(guān)注和接受自吸泵的發(fā)展應(yīng)用［2］，強烈呼吁各設(shè)計院以及各企業(yè)，從基礎(chǔ)設(shè)計開始重視，為確保企業(yè)“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”并保有競爭優(yōu)勢，在有爆炸風(fēng)險的場合推廣選用自吸泵，逐漸全面取代長軸液下泵。