環(huán)己醇集管回收物料系統(tǒng)的優(yōu)化改造

呂 洋 , 王瑋琦 , 張 栓

(1.河南神馬尼龍化工有限責任公司 , 河南 平頂山 467000 ; 2.河南省科技創(chuàng)新促進中心 , 河南 鄭州 450000 ; 3.河南晉開化工投資控股集團有限責任公司 , 河南 開封 475100)

河南神馬尼龍化工公司的環(huán)己醇生產(chǎn)裝置,以苯和氫氣為主要原料,采用苯催化加氫工藝制備環(huán)己烯,再經(jīng)水合反應(yīng)生產(chǎn)環(huán)己醇,裝置產(chǎn)能200 t/d。在環(huán)己醇工業(yè)化生產(chǎn)裝置中,集管回收物料系統(tǒng)主要用于收集環(huán)己醇生產(chǎn)過程中不定期排出的反應(yīng)物料。集管回收系統(tǒng)主要包括苯加氫生產(chǎn)系統(tǒng)排出的萃取劑DMAC及苯、環(huán)己烯等輕質(zhì)油回收裝置和環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)排出的環(huán)己醇及水回收裝置。每套回收裝置均設(shè)置有各自的集管管線、物料儲罐、抽料泵,在生產(chǎn)過程中為便于收集地面設(shè)備及工藝管線排料,集管管線需要與地面平行,且置于專用的地溝內(nèi)鋪設(shè)。因而要求回收物料儲罐位置低于地面,這樣才能使集管管線內(nèi)物料靠位差流入儲罐內(nèi)。實際生產(chǎn)中回收物料儲罐是位于地面以下5 m處的封閉地坑內(nèi),罐內(nèi)物料的抽料泵采用的是與儲罐一體化法蘭固定連接的液下泵,泵軸及葉輪插入物料儲罐內(nèi)部進行工作。

1 存在問題

在環(huán)己醇生產(chǎn)過程中,工藝流程長,生產(chǎn)單元多。各生產(chǎn)工序的設(shè)備檢修、工藝處置、間歇排料等操作通常不會同時進行,產(chǎn)生外排物料的組分也不同,須及時集中回收儲存和分類處理,集管回收處理系統(tǒng)與控制環(huán)己醇的生產(chǎn)成本和工藝穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)度很大。如果集管回收系統(tǒng)不穩(wěn)定,會出現(xiàn)主生產(chǎn)流程運行受阻,造成局部降負荷或停車。因此環(huán)己醇生產(chǎn)裝置工藝集管回收物料處理系統(tǒng)設(shè)置多套集管回收物料裝置。由于集管回收物料系統(tǒng)的物料儲罐位于地面以下5 m的地坑內(nèi),泵體安裝位置較低,作業(yè)空間較小。若液下抽料泵出現(xiàn)問題,需要檢修人員下入地坑內(nèi)部在較小空間進行設(shè)備拆解、抽液泵體檢修等操作,這給檢維修護工作帶來較大難度,使得檢修時間較長,檢修成本增加,安全風險提高。另外,在操作人員進行常規(guī)巡檢時,只能打開地坑上部覆蓋的格柵板,用手電筒觀察儲罐是否泄漏和液下抽料泵運行情況;同時,還要對收集液儲罐進行關(guān)閉和清空處理,環(huán)己醇生產(chǎn)裝置外排料過多且無法儲存問題,只能調(diào)降生產(chǎn)負荷。本次技改的目的是采用合理、經(jīng)濟的優(yōu)化設(shè)計,制定可行的技改方案,解決上述問題。

2 技改方案

根據(jù)集管回收物料系統(tǒng)液下抽料泵的設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)(包括輸送的介質(zhì)特性、溫度、密度、黏度、流量),選用離心泵代替液下抽料泵。通過優(yōu)化安裝和配管設(shè)計,對現(xiàn)場管線進行改造,把原來儲罐在坑內(nèi)連接的液下抽料泵改為地面上安裝的離心泵;并對抽料泵入口的汽蝕余量參數(shù)進行調(diào)整,以滿足抽料泵移位到地面上產(chǎn)生高度差對汽蝕余量的需求數(shù)值,達到縮短抽料泵檢修時間,減少維修工作量,提高作業(yè)安全性,降低工藝處置費用,降低了巡檢難度,保障環(huán)己醇生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運行。

地坑內(nèi)儲罐的工作壓力為980.6 Pa,是整個生產(chǎn)裝置儲料罐的平衡壓力。將儲罐壓力數(shù)據(jù)提供給設(shè)備生產(chǎn)廠家,同時明確抽料泵位置上移,吸入口高度調(diào)整為-4 m的要求,且在此條件下抽料泵的壓力0.25 MPa和揚程20 m的設(shè)計參數(shù)不能改變。抽料泵進、出口的管口法蘭標準和壓力等級要與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)管道保持一致。

在滿足性能參數(shù)的同時,泵的選擇也要考慮生產(chǎn)過程中檢修維保方便,工藝操作簡便,密封型式可靠性強,輸送物料不易泄漏等條件。采用磁力式離心泵能很好地解決上述問題,磁力式離心泵的工作原理是當電機帶動外磁轉(zhuǎn)子運動時,磁場穿透金屬隔離套,使與葉輪連接的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子也跟著外磁轉(zhuǎn)子一起運動,從而達到二者同步同轉(zhuǎn)速運行。在內(nèi)外磁鋼之間設(shè)有全密封的隔離套,將內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子完全分隔開,使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子處于介質(zhì)之中,將容易泄漏的動密封結(jié)構(gòu)變?yōu)榱阈孤┑撵o密封結(jié)構(gòu)。磁力式離心泵較原有的屏蔽式離心泵有以下優(yōu)點:①磁力泵由于傳動軸不需穿入泵殼,而是利用磁場透過空氣隙和隔離套薄壁傳動扭矩,帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子,因此從根本上消除了軸封的泄漏通道,實現(xiàn)了完全密封。 ②磁力泵除磁路設(shè)計時有較高要求外,其余部分技術(shù)要求不高。其維護和檢修工作量小,檢修時不需要拆卸進出口法蘭,泵與電機是分體結(jié)構(gòu),檢修也不需要移動電機,裝置現(xiàn)場即可以更換所有備件,極大地縮短了檢修時間。③傳統(tǒng)離心泵是專用電機,定子和轉(zhuǎn)子都有屏蔽套,定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙大,傳統(tǒng)離心泵的電機效率比磁力式離心泵的標準電機要低約25%,因此在能耗方面,磁力式離心泵優(yōu)勢明顯。

3 技改前后工藝對比

技改前后工藝對比如圖1所示。

圖1 技改前后布置圖

3.1 技改前設(shè)備情況

集管回收物料系統(tǒng)主要包括布置于裝置各處的集管管線、物料儲罐、抽料泵,根據(jù)集管回收系統(tǒng)的工藝要求,物料抽送泵必須隨時保證運行。當儲罐內(nèi)物料液位達到50%時,抽料泵自動啟動運行,將物料送至處理系統(tǒng),液位降至10%時泵自動停止工作。原設(shè)計所采用的物料抽送泵為液下泵,直接安裝于儲罐上,用于物料抽送至目標系統(tǒng)。由于物料儲罐結(jié)構(gòu)和坑內(nèi)空間所限,只能安裝一臺液下抽料泵,當液下抽料泵需要檢維修時,就會出現(xiàn)很多問題,直接影響到環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.2 改造后設(shè)備情況

如圖1所示,改造后集管回收系統(tǒng),改變了儲罐一體化固定法蘭連接液下抽料泵的設(shè)計,在物料儲罐罐體下部優(yōu)化設(shè)置配管管線,通過地面上設(shè)置的兩臺磁力式離心泵抽提物料到目標系統(tǒng)。將動設(shè)備布置于地面的技改方案,既便于巡檢人員直觀觀察到運行狀態(tài),又能夠在需要檢維修時,避免人員進入地坑內(nèi)的危險受限作業(yè)空間。實現(xiàn)了本質(zhì)安全、檢修方便、省時省力、降低成本的技改目標;而且磁力式離心泵需要檢修時,只需關(guān)閉離心泵閥門即可進行維保檢修操作,物料儲罐仍可繼續(xù)接收集管料液,保證了環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)排液及受料的工藝要求。

4 技改效果

4.1 集管回收物料系統(tǒng)運行

根據(jù)環(huán)己醇生產(chǎn)中集管回收物料系統(tǒng)工藝的工作特性,通過對物料儲罐上的液下抽料泵進行磁力式離心泵替代技術(shù)改造,降低了危險受限作業(yè)空間對檢維修人員帶來的安全隱患,減少工藝處理帶來的物料損失和環(huán)境污染,且檢修期間集管回收系統(tǒng)可以正常接收裝置外排料液,為環(huán)己醇生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供了保障。

4.2 經(jīng)濟效益分析

①實施后,避免了在拆集管儲液罐的液下抽料泵時,儲液罐內(nèi)的殘余物料從罐口法蘭溢出,減少了對職工健康以及環(huán)境的損害。同時減少了處理殘余物料所需費用,每年此項可節(jié)約9 000元。②蒸汽驅(qū)油的物料損失按照集管儲液罐的容積計算,按照每次100 kg的環(huán)己醇損失,環(huán)己醇市場價格9 000元/t,兩套集管輸液系統(tǒng)液下泵檢修每年2次,可減少損失3 600元。③傳統(tǒng)液下抽料泵的檢修,屬于受限空間作業(yè),風險較大。由地坑內(nèi)改為地上檢修,降低了檢修的安全風險及操作的復雜程度。以往液下抽料泵從檢修到恢復需要1天時間,目前僅需1 h,提高了檢修效率;同時也規(guī)避了環(huán)己醇裝置生產(chǎn)負荷的下降。河南神馬尼龍化工公司環(huán)己醇生產(chǎn)裝置的產(chǎn)能200 t/d,每年因集管回收物料系統(tǒng)兩臺抽料泵檢修引起的反應(yīng)系統(tǒng)降負荷、檢修、更換備件、拆裝各2次,以往檢修停用儲罐不能受料時,水合反應(yīng)系統(tǒng)降負荷至90%,時間約16 h,環(huán)己醇產(chǎn)能損失為48萬元。

本次技改首次在環(huán)己醇行業(yè)采用無泄漏磁力式離心泵代替液下長軸泵,并對安裝、配管進行了優(yōu)化設(shè)計,使檢修作業(yè)能夠安全便捷,大幅縮短了儲液罐抽料泵的檢修時間;滿足了無需關(guān)閉物料儲罐和降低環(huán)己醇生產(chǎn)負荷的技改要求,技改后的集管回收物料系統(tǒng)運行工況穩(wěn)定。