煉廠重油氣化爐進料油泵及長周期運行

王艷武,吳波,閆吉臣,李志,楊海永

(浙江石油化工有限公司,浙江 舟山 316000)

1 重油簡介和氣化工藝設備簡介

1.1 重油

重油是原油煉制過程中的一類產物,根據煉制方法的不同,有常壓重油、減壓重油、裂化重油或它們的混合物等[2]。重油主要以烴類的形態(tài)存在,碳氫兩種元素共占重油質量的96%～99%,除碳氫兩種主要元素外,還有少量的硫、氧、碳和灰分,其含量為1%～4%。重油中的灰分絕大部分是溶解在油中的金屬鹽類,大部分是釩、鎳、鐵、鋁、鈣、鈉、鎂、鈷、銅等金屬鹽類。

1.2 重油的物理性質

比重和重度:比重指溫度20 ℃時單位體積重油的質量與溫度4 ℃時同體積水的質量之比。重度是單位體積的某種物質所具有的質量,水在4 ℃時的重度為1 t/m3[3]。

黏度:黏度的大小可用動力黏度、運動黏度和條件黏度來表示。

閃點和著火點:閃點又稱閃燃點。重油被加熱到某一溫度,其表面上的油蒸汽和空氣混合物與火焰接觸時,產生一閃即滅的火苗,此溫度稱為閃點。重油的著火點為500～600 ℃,在重油部分氧化法的操作條件下,有富氧空氣或純氧存在,著火點會下降。

凝固點:油品由液態(tài)變成固態(tài)時的溫度稱為凝固點,重油和渣油的凝固點在20～50 ℃。重油的凝固點與重油的蠟含量有關,含蠟高的重油其凝固點就高。重油系統的設備、管線、閥門、取壓點等都需要保溫,防止重油變稠、凝固而造成堵塞。

熱值和比熱:1 kg油品完全燃燒所發(fā)生的熱量稱為該油品的熱值:1 kg油品溫度升高1 ℃所需要的熱量稱為比熱。

靜電特性:油是不良導體,它與鋼鐵摩擦,很容易產生靜電。產生靜電的強弱與油的流速,管道和設備的材料和粗糙度,空氣濕度以及油中雜質的含量有關。儲油的管道和設備必須良好接地。

1.3 重油氣化的基本反應原理

普遍應用的部分氧化法不采用催化劑,而以水蒸氣和氧作為氣化劑,使重油與適量的氧氣進行部分氧化反應及其他一系列化學反應,產生主要含氫和一氧化碳的原料氣(又稱水煤氣),經過凈化加工得到純氫氣用于各加氫裝置或者合成氣用于加工甲醇、乙二醇等和作為燃料氣給各加熱爐供氣。

該化學反應過程大概分為以下五個階段:混合階段、蒸發(fā)階段、氧化階段、高溫熱裂解階段、轉化反應階段[4-5]。

1.4 重油氣化的反應條件和工藝流程

1.4.1 反應條件

1)反應溫度:對重油氣化全過程起控制作用的甲烷蒸汽轉化反應以及游離碳與蒸汽和二氧化碳的轉化反應均為可逆吸熱反應。因此從化學平衡觀點出發(fā),提高反應溫度可以降低甲烷和游離碳的平衡含量,提高一氧化碳與氫的平衡濃度。2)反應壓力:隨著反應的進行,氣體體積不斷增加,提高反應壓力不利于反應的平衡。3)氧油比:氧油比明顯影響重油的氣化效果,氧耗又是主要的經濟指標,因此氧油比應是控制生產的主要條件之一。4)蒸汽油比:加入蒸汽的幾個作用:轉化劑作用、緩沖劑作用、霧化劑作用、氧化劑作用。

1.4.2 工藝流程

按照廢熱回收方式分為急冷和廢熱鍋爐兩種典型的流程。從能量回收方面看廢熱鍋爐流程中熱量回收是間接的,效率低,而急冷流程回收是直接的。急冷流程設備簡單易操作。

1.5 重油氣化裝置的主要設備

噴嘴:將原料油充分霧化成細小顆粒,使與氧氣和水蒸氣充分均勻混合而進行氣化反應。結構分為氣流式雙套管內混合噴嘴、氣流式三套管內混合噴嘴、氣流-機械式雙套管外混合噴嘴、氣流式雙套管預混合噴嘴等。

氣化爐:作用是使重油、氧氣和蒸汽三種物料進行非催化的部分氧化反應。結構一般為一圓筒形、兩端有橢圓形封頭內有耐火材料的設備。噴嘴安裝在氣化爐的頂部。

進料油泵:為氣化爐噴嘴提高壓重油,結構有柱塞式、隔膜式等。因其出口流量和壓力直接關系氣化爐系統的主要聯鎖參數,其穩(wěn)定運行顯得格外重要。

2 主要設備-氣化爐進料油泵簡介和運行分析

2.1 進料油泵運行狀況

高壓進料油泵是重油氣化裝置的核心設備之一,輸送的介質為高溫高壓且含有一定固體顆粒的重油(涉密)。由于輸送介質本身的特性和原密封結構設計的不足,頻繁發(fā)生因柱塞密封失效而導致系統停車的事件,給設備運行和安全生產帶來極大隱患。

2.2 進料油泵啟泵、停泵及操作注意事項

啟動前的準備工作:泵已檢修或安裝完成,具備投入條件。檢查電機的接地線安裝牢固可靠。檢查電機、泵體地腳螺栓緊固無松動,防護罩安裝到位。檢查符合使用要求,打開壓力表根部閥,壓力表投用。檢查傳動部件完好。手動盤車3～5圈正常,無卡澀,泵體內無不正常聲音,保護罩復位。檢查潤滑油油位在規(guī)定范圍內,油質良好。檢查循環(huán)冷卻水投用正常。確認進料油泵安全閥投用正常。確認蒸汽伴熱投用正常。確認儀表投用正常。確認漿液閥沖洗油閥門關閉,盲板在盲的位置。檢查泵電機已送電?，F場確認操作開關在現場停止位置,轉速轉到“0”的位置。DCS將進料油泵轉速調節(jié)器調至最低轉速,設置至手動狀態(tài)。

料油泵的啟動操作:確認PV10002閥門在自動狀態(tài),設定值在6.5 MPa,確認泵出口回流閥SV-10002打開。確認回流閥SV-10002后手動閥打開,盲板通。確認回流閥SV-10001關閉。確認回流閥SV-00015打開。聯系中控準備啟動進料油泵。現場啟動強制冷卻風機、潤滑油泵并確認正常。中控復位進料油泵自保護聯鎖UZ10001。經中控確認正常后,打開泵進口,按啟動按鈕啟動機泵。確認泵進口壓力在運行指標范圍內。密切監(jiān)視電流指示和泵出口壓力指示的變化?，F場將遠傳/就地切換至遠程位置。DCS調整泵的轉速,應按照從小流量到大流量操作,調整幅度不宜過大,現場及時檢查泵運行情況,有異常隨時聯系中控停止調整符合。確認流量正常后,現場檢查泵的噪聲和振動情況,流量、壓力的運行曲線。

進料油泵的停泵操作:通知現場準備停泵。將泵開關打至就地位置,按停止按鈕。關閉泵進口閥。通知中控泵已停止,根據檢修需要做相關措施。

進料油泵的日常維護:檢查泵出口壓力,電流值是否正常。檢查泵循環(huán)水管道。檢查泵各部位的振動和聲音情況,各部零件和地腳螺栓是否松動。檢查油箱內潤滑油的用油情況,油質和油量是否正常。

注意事項:進料油泵在開泵之前必須先投用出口安全閥。開泵前檢查確認后路流程暢通,確認出口回流管線閥門全部打開。停用后必須將電機啟動開關置于“就地”位置。原廠的密封結構為帶蒸汽伴熱夾套和冷卻水夾套的填料函加柱塞密封,填料函內部從柱塞前端到后端依次為注射油環(huán)、彈簧、墊圈、一組盤根(2根)、潤滑油環(huán)、一組盤根(2根)、沖洗油環(huán)、V型密封環(huán)及壓蓋、鎖母,注射油環(huán)和潤滑油環(huán)分別由注射油泵和注油器單獨供油,沖洗油環(huán)上油和回油口分別連接單獨管路。由于輸送的重油在低溫環(huán)境下會自聚凝結且含有一定量的固體顆粒,密封盤根與柱塞間的摩擦密封面經過長時間高溫摩擦和顆粒磨損會逐漸失效。平均運行周期在一個月左右,最短的運行周期不足兩周,這對本裝置及上下游生產系統影響很大。

2.3 兩次泄漏嚴重事故事件經過及分析

經過一:設備管理人員在疏通、處理3#進料理油泵(31932-P-3001)沖洗油管線、管接頭和沖洗油環(huán)堵塞故障時,發(fā)現中間填料函沖洗油上油接口處間斷噴涌出高溫蠟油和油渣的混合液體,判斷為柱塞密封填料失效嚴重。鑒于設備不安全運行可能給生產安全帶來的不良狀況,裝置領導立即匯報調度申請停泵檢修。

原因:直接原因為洗油管線及沖洗油環(huán)堵塞嚴重,柱塞填料密封盤根突然失效,造成油渣大量噴出,緊急停車,造成生產波動。間接原因為該泵填料為首次使用,對填料的密封性能認識不足。3#進料泵所使用填料為寧波艾拓公司提供,使用原廠設計的填料函及柱塞,填料函裝填結構為(從缸體側到曲軸連桿側) 注射油環(huán)+彈簧+填料(艾拓505+503)+潤滑油環(huán)+填料(艾拓505+503)+沖洗油環(huán)+V型環(huán)(原廠新)+ V型環(huán)(舊新)+V型環(huán)壓蓋+鎖母,其中填料及組裝型式為首次使用,增加的V型環(huán)密封為首次使用,對填料的密封效果認識不足;對填料磨損情況、渣油泄漏大量泄漏風險預估不足。填料泄漏已經一個多月,一直在監(jiān)控運行,且填料泄漏量存在的不確定性,多次造成沖洗油環(huán)、沖洗油線堵塞,本次因填料突然塊狀脫落,造成渣油大量泄漏,設備管理人員未能提前預判出渣油大量泄漏的征兆。管理原因為設備管理不到位進料泵填料泄漏增大之前,未能及時按計劃停車進行填料更換。風險辨識不到位。裝置設備專業(yè)對高溫重油泄漏的風險辨識不到位,主觀上沒有清醒地認識到高溫重油大量泄漏對安全生產的危害程度。

經過二:進料油泵填料函密封填料運行期間外漏突然加劇,泄漏介質為高溫EST油渣并產生部分煙氣,裝置領導立即安排當班操作人員接蒸汽吹掃做安全掩護防止著火,同時匯報計劃調度部該生產異常狀況,15日上午按照調度通知停進料油泵,進行更換填料檢修。

原因:密封填料結構設計缺陷:主密封部分在潤滑油布油環(huán)兩側各只有兩道密封填料,有效密封結構長度過短;填料磨損嚴重:拆檢后發(fā)現填料磨損十分嚴重,布油環(huán)兩側各只剩一道密封,且切口處存在較大間隙;V型環(huán)缺陷:沖洗油回油外側只有一道V型環(huán)密封,當柱塞或V型環(huán)出現微小缺陷時,沖洗油就會出現外漏情況。填料質量不足,壽命極短:進料油泵自運行以來,短則2～3 d,長不到一個月,通常在運行半個月左右即出現填料泄漏情況,主填料和V型環(huán)的壽命遠遠低于合同承諾的壽命。

3 填料改造的意義和結構

為了延長密封填料的使用壽命、提高設備的運轉周期、減少因重油泄漏和沖洗油管線堵塞帶來的安全隱患、降低生產及檢修成本和減輕對上下游生產系統的影響,急需對進料油泵的密封結構進行優(yōu)化、延長運行周期。多次優(yōu)化后的簡圖如圖1所示。

圖1 填料函結構圖

將注射油環(huán)四個流通孔改為八個流通孔,利于均勻分布注射油;兩組共4根9.5×9.5密封盤根改為兩組共5根10×10的密封盤根,增加有效密封截面;沖洗油環(huán)回油孔擴大一倍,利于帶走顆粒等雜質;增加一道V型密封環(huán),提高沖洗油的密封效果;填料函端部鎖母留有3～6 mm預緊量,可在線緊固鎖母提高密封性。試用蠟油試運4 h無泄漏,沖洗油進回油暢通;重油投運五周時間運行平穩(wěn)、填料無泄漏跡象,沖洗油進回油暢通、無異常。

檢修更換填料函等檢修項目操作卡:附屬管線拆除:缸頭進、出口單向閥外觀、磨損、斷裂情況檢查;柱塞與十字頭接拆除,填料函與缸頭連接螺栓拆除;填料函整體移出;將填料函端部填料壓蓋松開,依次沿填料函軸向拆出填料、襯套、彈簧、O圈等部件;檢查柱塞磨損量并對填料、襯套、彈簧等進行檢查;清洗填料盒內部并檢查填料盒內部是否存在缺陷;組裝填料函;拆除齒輪箱與柱塞泵聯軸器連接螺栓;拆除曲軸箱端蓋,依次拆除柱塞泵支撐軸承壓蓋、大頭瓦螺栓、十字頭端蓋;依次拆除大頭瓦上瓦、曲軸支撐軸承,盤車拆除曲軸;拆除十字頭銷、十字頭、連桿;各部位尺寸、裝配間隙復測;各部件反順序回裝;對中復測,聯軸節(jié)、護罩回裝;附屬管線回裝,機泵漏點消除。

檢修前準備工作:查閱停機前泵組運行狀態(tài),有關圖紙及相關配件的落實。辦理施工作業(yè)票。按公司要求及時填寫檢修動態(tài)。確認施工作業(yè)票內容落實情況。確認機泵完全切出并交付檢修。確認現場符合可以進行施工作業(yè)條件。備齊所需工機具、量具及清洗盆、清洗劑、大布、橡皮等。進行檢修前的唱票工作,確認檢修人員了解檢修任務內容。使用打掃工具將機泵外殼清理干凈。檢修前現場進行文明檢修規(guī)格化場地布置。附屬管線的拆卸與儀表專業(yè)配合,優(yōu)先確保儀表檢修人員能夠順利拆除與檢修有關的部分儀表。拆解前對各影響檢修的管線做好配對標記,使用合適的扳手逐一拆卸配對法蘭或活接頭。對裸露的管口用干凈塑料薄膜與扎帶進行包扎,掛好序號牌,并妥善保管,需明確包扎數量、拆除數量,將處理好的附屬管線放置在指定區(qū)域。為避免回裝時包扎物遺留在管路、設備內部,管線進出口只準包扎不允許塞堵,拆卸管線之前要確認管線降溫、泄壓、隔離,殘余油品收集按規(guī)定地點傾倒,及時清理地面的油污。聯軸器護罩拆除使用合適的扳手松開并取下聯軸器護罩中分面的緊固螺栓,將取下的螺母帶回對應螺栓上,依次裝入自封袋歸類并做好標簽。使用合適的扳手分別松開并柱塞泵與變速箱緊固螺栓,依次裝入自封袋歸類并做好標簽。使用工具時,站位要正確,用力不要過猛,防止腳下打滑傷人;填料函拆除、解體、組裝。合適扳手斷開柱塞與柱塞桿接卡箍固位螺栓,拆除卡環(huán),拆下部件合理放置。使用合適扳手拆除填料函與缸頭連接螺栓,將填料函整體移出并放置于檢修區(qū)域。使用專用工具拆除填料盒壓蓋,依次沿填料函軸向拆除填料、襯套、彈簧、O圈等部件。檢查填料、襯套、彈簧、O圈等部件是否磨損、變形、老化,若出現上述缺陷則進行備件更換。檢查填料盒內部是否存在外觀裂紋、高點,必要時更換填料盒,填料盒無外觀缺陷則對填料盒進行清理。使用合適外徑千分尺對柱塞直徑、圓柱度、柱塞與填料襯套配合間隙進行測量,記錄表見表1,若柱塞磨損量或圓柱度過大則對柱塞進行更換。

表1 記錄表1

對以上部件進行檢查并確保干凈,無誤后按拆解相反順序回裝填料函組件,期間使用深度尺測量填料環(huán)各端面,確保端面與填料函軸向相垂直,柱塞回裝過程中在柱塞表面涂抹適當潤滑油。

1)聯軸器斷開,曲軸箱解體。打開聯軸器罩殼,將螺絲刀插入蛇形彈簧斷開處將蛇形彈簧依次撬出;依次拆除拆除柱塞泵半聯軸器、曲軸箱端蓋,對零部件進行外觀檢查并放置于合理區(qū)域。拆除十字頭端蓋,拆除十字頭銷固位螺釘,盤車敲出十字頭銷,拆除十字頭。使用合適扳手松開大頭瓦固位螺栓,拆除大頭瓦上瓦,盤車拆除連桿并測量十字頭與滑履周隙、大頭瓦間隙、小頭瓦間隙(檢查各部件缺陷情況,必要時更換),記錄表見表2。

表2 記錄表2

拆除支撐軸承端蓋并以此將曲軸從曲軸箱后端蓋部位納取出。

將曲軸架設于V型支架之上,盤車測量曲軸支撐檔跳動,使用合適量缸表測量曲拐臂差,使用合適量具測量支撐軸承與曲軸、曲軸箱、裝配間隙,記錄表見表3,超標則進行更換。

表3 記錄表3

曲軸箱各部件回裝:將各列連桿依次放入合適位置,將曲軸沿曲軸箱后端蓋放入適當位置,回裝兩端支撐軸承及壓蓋;盤車調整連桿位置,回裝大頭瓦上瓦及固位螺栓,使用合適扳手定力矩緊固連桿螺栓;盤車依次回裝十字頭與十字頭銷并使用固位螺栓對十字頭銷進行定力矩定位緊固。

2)回裝填料函:將填料函轉移至缸頭并使用與缸頭之間連接螺栓連接并定力矩(N·m)緊固。回裝柱塞并與柱塞桿卡箍連接,使用合適扳手緊固卡箍螺栓。

3)對輪回裝,對中找正,聯軸器護罩回裝:熱裝法(≤135 ℃)回裝柱塞泵半聯軸器;架設百分表對變速箱與柱塞泵進行對中找正(按表4蛇形彈簧規(guī)格進行對中標準選取)。

表4 蛇形彈簧規(guī)格

在半聯軸器卡槽之上涂滿潤滑脂,使用木槌將蛇形彈簧敲打到位(蛇形彈簧開口朝同一方向以保證聯軸器護罩可以正?；匮b);在蛇形彈簧及其周圍涂滿潤滑脂,罩殼罩密封O回裝,將罩殼內部定位螺栓對準蛇形彈簧空隙以保證護罩可以正常回裝,回裝罩殼連接螺栓并使用合適扳手緊固,緩慢盤車確認轉子能否正常轉動;回裝聯軸器護罩并使用固位螺栓緊固;清掃現場、交付使用清理、吹掃拆卸的所有附屬管線,檢查法蘭、活接頭密封面情況,必要時進行修復。根據拆解的標識,依次回裝所有拆卸的附屬管線。檢查、消除并確認各漏點消缺情況并對掛牌的漏點逐一銷項處理。施工現場清掃干凈,做到工完料盡場地清。通知運行及操作人員進行完工交付,并銷票。HSE要求:施工現場應符合安全衛(wèi)生標準,檢修前應辦好作業(yè)票,并檢查確認機泵與外部系統水、電、氣、風、介質的吹掃、排凝、切斷情況應安全可靠。機泵拆卸應按拆卸程序進行,拆卸時使用的工具應不會對零部件產生損傷,并實行文明作業(yè);對銹蝕的零件或組合件應用浸透劑浸透后再行拆卸,凡經檢驗,確認不需修理的組合件不應解體。拆卸的零部件要求清洗干凈、包裝嚴密,擺放整齊,為避免組裝時出現失誤,零部件均應做必要的標記。對拆卸后暴露出來的油氣管線接口以及油氣孔、工藝氣體進排氣口要及時妥善封閉,嚴防異物掉入。零部件需經檢查,確認符合要求后按組裝程序和標記進行回裝。機泵或部件在封閉前應仔細檢查和清理,其內部不得有任何異物,經確認無誤并由各有關技術負責人認可后方可封閉。應使用規(guī)定的記錄表,按要求認真填寫拆檢值和組裝值,做到數據齊全、準確、字跡工整,并記錄各零部件的檢查、修復和更換情況。檢修數據及時上墻,相關人員及時簽字確認。檢修前應對施工人員進行安全教育,方可進行作業(yè)現場。檢修中必須嚴格遵守檢修安全技術規(guī)程和崗位操作法,確保檢修安全可靠。加強施工現場安全監(jiān)督和管理,不斷提高施工人員的安全意識,杜絕一切安全事故。環(huán)境因素識別,每次檢修前應補充完善,進行增減。檢修危害識別與風險評價。每次檢修前應補充完善,進行增減。邊生產、邊施工作業(yè)的事故處理應急預案。

優(yōu)化的適用范圍和應用前景:該密封結構的改進適用輸送高溫高壓且含有一定量固體顆粒重油柱塞泵的密封,重油輸送泵的長周期運行關系整個裝置和上下游生產系統的平穩(wěn),填料密封的壽命變得格外重要。

4 結論

經過一系列的改進和優(yōu)化,此結構很好地增加了柱塞的有效密封面積,大大提高了設備的運行周期。單套氣化爐系統的開停車周期較長,一般為10～15 d左右,進料油泵的長周期運行從根本上解決了氣化裝置的動設備短板問題,同時也為上游裝置穩(wěn)定運行和下游裝置提供潔凈氫氣得到保障。