干式真空泵技術(shù)在烷基化裝置上的應(yīng)用

江 閩

（中石化金陵石化公司，江蘇 南京 210046）

干式真空泵技術(shù)在烷基化裝置上的應(yīng)用

江 閩

（中石化金陵石化公司，江蘇 南京 210046）

本文介紹了干式真空泵在烷基化裝置上的應(yīng)用及效果

干式真空泵；烷基化；應(yīng)用

1 前言

中國(guó)石化金陵石化烷基苯廠（以下簡(jiǎn)稱烷基苯廠）10萬(wàn)噸/年烷基化裝置中，脫烷烴塔（C-405）、烷基苯再蒸塔（C-406）和烷基苯回收塔（C-407）三座塔系統(tǒng)是減壓蒸餾系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)的減壓抽真空流程為三級(jí)蒸汽噴射、三級(jí)冷卻，動(dòng)力是1.0MPa飽和蒸汽。由于噴射器效率低，蒸汽和冷卻水耗量非常大，操作費(fèi)用一直居高不下；同時(shí)由于不凝氣中含有微量氟化氫，常導(dǎo)致抽真空系統(tǒng)和冷凝冷卻系統(tǒng)泄漏，影響三個(gè)塔的正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量。

2006年10月裝置檢修時(shí)，用干式真空泵代替蒸汽噴射器，同年11月開工運(yùn)行至今。生產(chǎn)運(yùn)行表明：干式真空泵減少蒸汽和循環(huán)水用量，節(jié)能效果顯著；不產(chǎn)生污水，減少環(huán)境污染；杜絕了系統(tǒng)腐蝕泄漏，操作平穩(wěn)：占地面積小，可以在大中型減壓蒸餾裝置推廣應(yīng)用。

2 干式抽真空技術(shù)工作原理

烷基苯廠烷基化裝置采用的干式抽真空技術(shù)的主要設(shè)備是三組抽真空泵（兩開一備），每組抽真空泵由一臺(tái)羅茨真空泵（見圖1）和一臺(tái)爪式干式真空泵（見圖2）組成。

羅茨真空泵是借助兩個(gè)“8”字形轉(zhuǎn)子通過齒輪傳動(dòng)作反向同步旋轉(zhuǎn)，從而將它們與泵體之間的氣體排出。兩轉(zhuǎn)子間以及轉(zhuǎn)子與泵體之間是互不接觸的，轉(zhuǎn)子間的間距比較大，轉(zhuǎn)子與泵壁的間距也有0.1～1mm。因此，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，被壓縮的部分氣體又返回到入氣腔，致使羅茨真空泵的壓縮比比較低，一般不大于10∶1至30∶1。為了防止氣體被反復(fù)壓縮造成溫度升高，破壞泵軸，烷基苯廠的真空泵組的羅茨真空泵選擇了液壓聯(lián)軸節(jié)，在電動(dòng)機(jī)與抽氣系統(tǒng)之間起傳動(dòng)作用。壓力高時(shí)，該泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，維持全壓差，不使電動(dòng)機(jī)過熱或過載；壓力較低時(shí)，泵就達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速，保證泵在真空范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，羅茨真空泵是容積式轉(zhuǎn)子泵，又使其在10～10-2mbar工作壓力下具有比較大的抽氣速率。

由于羅茨真空泵有比較大的抽氣速率、比較小的壓縮比，因此羅茨真空泵需要一臺(tái)真空增壓泵與其串聯(lián)，以達(dá)到既有大的抽氣速率、又有大的壓縮比的目的，從而滿足裝置的要求。烷基苯廠的真空泵組選擇了爪式干式真空泵與羅茨真空泵串聯(lián)。

圖1 羅茨泵的工作原理和工作方式

圖2 爪泵的工作原理和工作方式

爪式干式真空泵的兩個(gè)爪形轉(zhuǎn)子在泵殼內(nèi)作相對(duì)旋轉(zhuǎn)工作時(shí)無(wú)機(jī)械接觸的爪形轉(zhuǎn)子，其三分之二的周長(zhǎng)呈圓柱形，接著的部分是凹下很深的凹口，剩余部分是明顯突出的爪子。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，爪背剛好堵住另一爪形轉(zhuǎn)子的凹口。左轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣口變長(zhǎng)，吸氣腔打開，氣體進(jìn)入吸氣腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間后進(jìn)氣口打開，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉進(jìn)氣口。這時(shí)，在兩個(gè)爪與泵殼間的氣體受到壓縮，并通過泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的排氣口排出泵外。爪機(jī)構(gòu)工作無(wú)需閥門，余隙空間內(nèi)的氣體與下次吸入的氣體混合并再次受到壓縮。

與羅茨泵相比，爪泵的優(yōu)點(diǎn)是壓力較高時(shí)能獲得較大的壓縮比，例如1 mbar時(shí)的壓縮比約為50∶l。在一般情況下，爪式干式真空泵為了達(dá)到要求的壓縮比，在泵腔內(nèi)有多級(jí)轉(zhuǎn)子，各個(gè)爪以相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，正向排氣，氣流從第一級(jí)的入口進(jìn)入，從最后一級(jí)的出口排出，經(jīng)過多級(jí)壓縮后，氣體溫度會(huì)上升。因此爪式干式真空泵一般垂直安裝在固定架上，確保工藝氣體中的液體順利地從泵中排出。同時(shí)，為防止溫度上升影響真空泵壽命，泵體上有一個(gè)間接的冷卻系統(tǒng)。用冷卻液通過自然對(duì)流的方式流過泵體和換熱器，達(dá)到冷卻泵體的目的。在換熱器中，用循環(huán)水冷卻冷卻液。此外，當(dāng)純爪泵的壓力低于10-1mbar時(shí)，抽真空速率變小。

爪泵和羅茨泵的組合可以相互彌補(bǔ)對(duì)方的缺點(diǎn)，當(dāng)純爪泵的入口壓力低于0.1mbar時(shí)，泵性能變差，如在爪泵入口處加一臺(tái)羅茨泵，泵的性能便可得到改善。當(dāng)壓力較低時(shí)，羅茨泵的抽氣效率反而更好。壓力為0.1mbar時(shí)，抽氣效率可提高60%。

3 干式抽真空技術(shù)與蒸汽抽真空技術(shù)比較

3.1 抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

烷基化裝置是連續(xù)操作系統(tǒng)，由工藝條件產(chǎn)生的工藝氣體量以及可能泄漏的空氣量確定單位時(shí)間所需抽走的氣體量，并考慮由工藝設(shè)備到真空泵入口管路的阻力降，以確定真空泵入口的壓力。

3.2 能耗

由于蒸汽噴射器耗用蒸汽量大，需要大量的循環(huán)水進(jìn)行冷卻。在蒸汽抽真空過程中，不凝氣中含有烴類，會(huì)隨蒸汽冷凝產(chǎn)生大量的含油污水，消耗大量的循環(huán)水。而干式真空技術(shù)耗能主要是真空泵的電耗。比較表1和表2不難看出，采用蒸汽抽真空技術(shù)，能耗是干式真空技術(shù)能耗的11倍。改造后，年運(yùn)行費(fèi)用減少395.23萬(wàn)元。

表1 蒸汽抽真空技術(shù)能耗（年運(yùn)行按8400小時(shí)計(jì)算）

表2 干式抽真空技術(shù)能耗（年運(yùn)行按8400小時(shí)計(jì)算）

3.2 腐蝕

由于不凝氣中含有微量的氟化氫，溶于蒸汽冷凝水中，易對(duì)蒸汽噴射泵、冷凝冷卻器和管道系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備泄漏，破壞塔的真空度，引起操作波動(dòng)、影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至短時(shí)間停產(chǎn)搶修，過去每年都有數(shù)次此類情況發(fā)生。而干式真空系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生冷凝水，避免了氟化氫的腐蝕。為了進(jìn)一步減輕氟化氫對(duì)抽真空系統(tǒng)設(shè)備的影響，烷基苯廠對(duì)軸封進(jìn)行了氮?dú)庹龎罕Ｗo(hù)。

3.3 主要設(shè)備

采用干式抽真空技術(shù)的設(shè)備總投資約314萬(wàn)元。與傳統(tǒng)的蒸汽抽真空技術(shù)相比，干式抽真空技術(shù)的設(shè)備少且結(jié)構(gòu)緊湊，因此占地也較小，數(shù)據(jù)見表3。

4 干式抽真空技術(shù)應(yīng)用影響因素討論

干式抽真空技術(shù)在我國(guó)大中型石化企業(yè)應(yīng)用尚處在不成熟階段，影響干式真空泵的應(yīng)用的因素有很多。因此，在泵的選型和安裝的細(xì)節(jié)上，烷基苯廠和設(shè)計(jì)部門經(jīng)過多次討論，針對(duì)可能影響機(jī)泵操作的各項(xiàng)影響因素，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的環(huán)節(jié)予以解決。主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)上：

表3 干式抽真空與蒸汽抽真空設(shè)備比較

1）采取有效措施，避免凝液進(jìn)入機(jī)組內(nèi)：在干式真空泵前設(shè)計(jì)了冷卻器、分液罐，降低入泵氣體溫度，將部分冷凝液提前排出；干式真空泵組總重量小，電機(jī)總功率低，振動(dòng)因數(shù)接近零，因此可將泵組安裝在拆除蒸汽抽真空系統(tǒng)后的框架上，以便使泵組和分液罐間管線距離盡量縮小，避免了因?yàn)殚L(zhǎng)距離的管道輸送產(chǎn)生的冷凝液；入口管道增加了蒸汽伴熱；備用泵組的切斷閥上游增加了導(dǎo)液閥；泵組氣體排出管道，設(shè)計(jì)成步步低結(jié)構(gòu)。

2）循環(huán)水從循環(huán)水總管引出，增強(qiáng)冷卻效果。

3）采用了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。

4）對(duì)泵的軸封采用了氮?dú)庹龎罕Ｗo(hù)措施，避免微量氫氟酸氣體對(duì)機(jī)泵關(guān)鍵部件的腐蝕。

5）三座塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了三臺(tái)干式抽真空泵組，設(shè)計(jì)是兩開一備。不僅節(jié)省了投資，而且優(yōu)化了管道設(shè)計(jì)，使操作非常靈活。

6）考慮到裝置正常運(yùn)行后，真空系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣量少，采用了在羅茨泵電機(jī)上增加變頻器設(shè)計(jì)方案，由真空系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)羅茨泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

5 干式抽真空技術(shù)應(yīng)用效果

從2006年l1月干式抽真空設(shè)備投用后的應(yīng)用情況來(lái)看，只要按照啟泵、關(guān)泵程序操作，干式抽真空設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)工作量比常規(guī)壓縮設(shè)備低。三個(gè)塔頂殘壓可穩(wěn)定在1～5 kPa的范圍內(nèi)，真空度的可調(diào)性很好，滿足生產(chǎn)要求。

6 結(jié)論

自2006年l1月至今干式抽真空泵的運(yùn)行實(shí)踐證明，烷基苯廠10萬(wàn)噸烷基化裝置采用干式抽真空技術(shù)是成功的。從運(yùn)行效果看，真空度穩(wěn)定，且能耗很低，值得在石化行業(yè)推廣運(yùn)用。