噴射泵替代液環(huán)泵在某精細(xì)化工生產(chǎn)裝置濾液回收單元中的應(yīng)用效果評(píng)估

郭鐵鑄

中國(guó)石化催化劑北京奧達(dá)分公司 北京 101111

1 現(xiàn)有技術(shù)情況

某精細(xì)化工生產(chǎn)裝置濾液回收單元采用減壓蒸餾方式進(jìn)行原料回收，裝置真空系統(tǒng)包括液環(huán)真空泵、凝液分離罐、換熱器，回收系統(tǒng)需抽負(fù)壓的設(shè)備包括閃蒸釜和干燥釜。其中，閃蒸釜減壓蒸餾的真空環(huán)境是由液環(huán)真空泵抽取氣體所形成，抽出的氣體和工作液經(jīng)氣液分離后，氣體經(jīng)放空管道排入揮發(fā)性有機(jī)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(huán)真空泵殼體內(nèi)循環(huán)使用。

真空泵是指利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備，廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。真空泵包括干式螺桿真空泵、液環(huán)泵、往復(fù)泵、滑閥泵、旋片泵、羅茨泵和擴(kuò)散泵等，是各行業(yè)應(yīng)用真空工藝過(guò)程中必不可少的主力泵種[1-3]。

閃蒸釜內(nèi)的物料包括己烷、甲苯、酯類和四氯化鈦等物質(zhì)，真空系統(tǒng)采用水作為液環(huán)真空泵的工作液。目前生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問(wèn)題是，在抽氣、壓縮和排氣的循環(huán)過(guò)程中，四氯化鈦與水分接觸會(huì)產(chǎn)生氯化氫和二氧化鈦，形成鹽酸，對(duì)循環(huán)泵、換熱器和液環(huán)真空泵的殼體等部件造成腐蝕和堵塞，設(shè)備維修頻率較高[4]。為減少鹽酸對(duì)設(shè)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(nèi)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須監(jiān)測(cè)工作液的pH值并及時(shí)清除酸堿中和后產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽。液環(huán)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(xué)品，充當(dāng)工作液存在因泄漏引發(fā)的安全隱患[5-7]。此外，甲苯易和橡膠密封材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致橡膠變硬或變脆，失去密封性能，從而影響設(shè)備的使用效果。機(jī)械密封一旦因操作工況、腐蝕、機(jī)械磨損等原因?qū)е率В瑫?huì)對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、安全環(huán)保造成影響[8]。

為解決腐蝕與泄漏造成的設(shè)備維修、以及酸性介質(zhì)外漏后對(duì)周邊設(shè)備設(shè)施的腐蝕、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響等問(wèn)題，并保證真空系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，引入噴射泵替代液環(huán)真空泵[9]。該噴射泵以甲苯為工作液，由噴嘴、吸入腔和擴(kuò)壓段三部分構(gòu)成，其工作原理是高速流過(guò)噴嘴的甲苯形成高速射流，在噴嘴出口形成局部真空環(huán)境，與待抽真空的系統(tǒng)形成壓差，將被抽流體引入吸入腔。與工作液甲苯混合后進(jìn)入擴(kuò)壓段并排至中間罐。對(duì)噴射泵使用過(guò)程中形成的真空度、排氣量、廢液產(chǎn)生量和系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行考察。

2 噴射泵在某化工生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用

真空緩沖罐抽至所需真空的累計(jì)時(shí)間，真空緩沖罐的真空度通過(guò)泵旁路閥門的開度和流量來(lái)調(diào)控[10]。

同等工況下，工作液緩沖罐達(dá)到極限真空時(shí)所用的時(shí)間，能反映出抽氣速率的快慢。根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，工作液未降溫條件下，達(dá)到同樣真空度所需時(shí)長(zhǎng)約是降溫條件的2.7倍。其原因在于，首先當(dāng)冷凝器未通冷凍鹽水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致噴射泵系統(tǒng)工作液的冷卻效果不佳，從而使得工作液溫度過(guò)高，高溫使得壓力升高，從而達(dá)到極限真空的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)地變長(zhǎng)。其次，冷凝器未通冷凍鹽水，噴射泵系統(tǒng)工作液中揮發(fā)性成分會(huì)增加，更高的溫度和壓力會(huì)加速這種揮發(fā)性成分的釋放，形成氣體影響真空度，從而使噴射泵系統(tǒng)形成真空環(huán)境的有效時(shí)間減少[11]。綜上所述，冷凝器未通冷凍鹽水會(huì)導(dǎo)致噴射泵系統(tǒng)的工作液無(wú)法迅速進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)極限真空所需的時(shí)間更長(zhǎng)。

表1 冷凝器換熱效率對(duì)噴射泵真空系統(tǒng)真空度的影響

噴射泵真空度的調(diào)控可通過(guò)工作液循環(huán)泵的泵流量調(diào)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(huán)，將流量輸入信號(hào)與真空緩沖罐的壓力輸出信號(hào)進(jìn)行連鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射泵出口真空度的反饋控制。從表2數(shù)據(jù)可知，一定程度上調(diào)控泵循環(huán)流量，會(huì)使真空系統(tǒng)達(dá)到極限真空的時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)泵流量繼續(xù)下調(diào)至1/3V后，極限真空降低至-0.08MPa。

表2 泵循環(huán)流量對(duì)噴射泵真空系統(tǒng)真空度的影響

原工藝采用液環(huán)真空泵對(duì)閃蒸釜進(jìn)行減壓，為進(jìn)一步對(duì)比噴射泵和液環(huán)真空泵在特定工況下使用情況，分別對(duì)工作液緩沖罐和閃蒸釜真空系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)列于表3。

表3 液環(huán)真空泵與噴射泵真空系統(tǒng)比較

從表3中可知，采用液環(huán)真空泵抽真空，其抽氣速率比噴射泵慢，達(dá)到極限真空度-0.97MPa，液環(huán)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(huán)真空泵的3倍。

從表4數(shù)據(jù)可知，閃蒸釜減壓操作采用噴射泵和液環(huán)真空泵作為真空系統(tǒng)時(shí)，噴射泵工作液的溫度對(duì)泵的抽氣速率影響較大，當(dāng)工作液循環(huán)管路上的冷凝器未通冷卻鹽水時(shí)，其達(dá)到指定真空所需時(shí)間幾乎與液環(huán)真空泵持平；而當(dāng)工作液循環(huán)管路上的冷凝器通冷卻鹽水時(shí)，噴射泵的效率是液環(huán)真空泵的2.3倍。

表4 液環(huán)真空泵與噴射泵真空系統(tǒng)比較

液環(huán)真空泵在使用過(guò)程中，工作液中會(huì)逐漸積累有機(jī)組分，需定期更換工作液，由此產(chǎn)生大量廢有機(jī)溶劑。閃蒸釜內(nèi)的物料含有四氯化鈦組分，雖然在液環(huán)泵的工作液運(yùn)行中考慮到防腐蝕的要求，保持一定的堿性，但在實(shí)際工作中因切換工作液不及時(shí)，監(jiān)控不足等情況仍會(huì)出現(xiàn)泵體部件腐蝕損壞的情況。

為解決上述問(wèn)題，避免液環(huán)真空泵使用過(guò)程中廢有機(jī)溶劑和酸性工作液的產(chǎn)生，采用甲苯作為液環(huán)真空泵的工作液。試車時(shí)發(fā)現(xiàn)甲苯作為工作液，液環(huán)真空泵的進(jìn)出口會(huì)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(jīng)過(guò)冷凝器換熱，液環(huán)真空泵實(shí)際真空度和抽氣量波動(dòng)較大，不滿足生產(chǎn)需要。經(jīng)過(guò)工藝改造，降低液環(huán)真空泵轉(zhuǎn)速后雖然使工作液溫度降低，但對(duì)液環(huán)真空泵的抽氣速率和維持泵內(nèi)液環(huán)造成不利影響。而改用噴射泵后，具有較快的抽氣速率，經(jīng)過(guò)調(diào)試能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)論

某精細(xì)化工生產(chǎn)裝置濾液回收單元的真空系統(tǒng)引入噴射泵替代液環(huán)真空泵，對(duì)改造前后噴射泵使用過(guò)程中形成的真空度、排氣量、廢液產(chǎn)生量和系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行考察，得到以下結(jié)論：

（1）冷凝器的換熱效率越高，能夠縮短噴射泵真空系統(tǒng)達(dá)到極限真空度所需時(shí)間。

（2）噴射泵真空度的調(diào)控可通過(guò)工作液循環(huán)泵的泵流量調(diào)控，但當(dāng)泵流量繼續(xù)下調(diào)至1/3V后，極限真空降低至-0.08MPa，且會(huì)使真空系統(tǒng)達(dá)到極限真空的時(shí)間延長(zhǎng)。

（3）對(duì)比噴射泵和液環(huán)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(huán)真空泵的3倍。

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

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