多級蒸汽噴射器在真空系統上的應用

曹明華

(中石化寧波工程有限公司上海分公司，上海 200030)

多級蒸汽噴射器在真空系統上的應用

曹明華

(中石化寧波工程有限公司上海分公司，上海 200030)

蒸汽噴射器作為真空系統常用設備之一，具有操作簡單、便于控制等特點，得到廣泛的應用。本文針對工業中的多用戶真空系統，需采用多級蒸汽噴射器的應用案例進行闡述，著重對多級真空系統中的串、并聯工藝進行比較，從操作的節能及設備投資上給出合理化的建議，并對相似真空系統的設計提供一定的參考。

真空系統；蒸汽噴射器；串聯工藝；乙醇胺

在化工生產裝置中，真空系統的應用很廣泛，尤其在真空蒸餾系統中的應用。本文以乙醇胺裝置為應用對象，對真空工藝系統的合理進行闡述。乙醇胺精餾系統主要采用負壓蒸餾，乙醇胺裝置中有四臺真空操作的蒸餾塔，包括真空脫水塔(VDT塔)、一乙醇胺塔(MEA)、二乙醇胺塔(DEA塔)及三乙醇胺塔(TEA塔)。

1 真空工藝系統方案的選擇

真空泵的種類較多，化工中常用的有往復真空泵、液環真空泵和蒸汽噴射器。蒸汽噴射器結構型式簡單、工作可靠、安裝維修方便、密封性好，適用于高溫、高壓、高真空、強腐蝕性、劇毒和放射性場合，如真空蒸發、真空干燥、真空制冷、真空蒸餾，還可提升酸、堿或含有磨料的懸浮液，也適于強輻射的特殊環境。

本文以蒸汽噴射器為例，對多用戶蒸汽噴射器串聯與并聯兩種操作工藝的優缺點進行比較，得出適合多用戶、多級蒸汽噴射器的合理操作工藝，為真空工藝系統方案的選擇提供參考價值。

2 蒸汽噴射器系統設計的理論依據

1-頭部腔室；2-動力噴嘴；3-進口椎體部分；4-喉口；5-擴散器(其中3、4、5部分統稱為混合噴嘴)；P1-動力蒸汽壓力；P0-吸入壓力；P3-排出壓力；N1-動力蒸汽連接口；N2-吸入介質連接口；N3-排出介質連接口。

圖1 蒸汽噴射器結構簡圖

Fig.1 Schematic diagram of steam ejector

具有一定壓力的水蒸氣，高速通過動力噴嘴時，壓力能轉變成速度能，將系統中的氣體吸入頭部腔室，氣體與工作蒸汽隨即混合，混合后的氣體以一定的速度進入擴散器，速度能又變成壓力能，減速增壓后排出，這一過程使與吸入口相連的系統形成一定的真空。

蒸汽噴射器的結構如圖1。

3 真空系統方案設計

3.1 真空系統設計條件的選取

真空系統的工藝計算，一般涉及到溫度、壓力、被抽氣量、壓縮比等工藝參數，只有對這些參數進行充分、全面的考慮，才能選擇合適的蒸汽噴射器，才能確保設計的真空系統在裝置生產過程中正常穩定的運行。

3.1.1 工作蒸汽壓力的選擇

蒸汽噴射器以蒸汽為驅動力，其蒸汽壓力以最低蒸汽壓力為準向下波動幅度不宜過大，本項目中采用的蒸汽正常操作壓力為1.2 MPa，波動范圍為1.0～1.4 MPa，設計方案中在蒸汽總管增加壓力調節閥，將正常工作壓力穩定在1.0MPa，以保證真空系統操作的穩定。

3.1.2 真空度

本項目共有四臺真空蒸餾塔，所需滿足的真空度工藝數據見表1。

表1 真空系統設計條件Table 1 Vacuum system design conditions

3.1.3 抽氣量的確定[1]

抽氣量是蒸汽噴射器設計的重要參數，主要是指空氣泄漏量與被抽出的工藝氣之和。

在抽真空過程中，不能保證系統完全密閉，總是有外界空氣泄漏入真空系統，漏入的外界空氣主要發生在塔設備、管道的連接處(如法蘭、閥門)、塔上人孔的密封處等地方，對任何真空系統都應進行試驗以確定其空氣泄漏量，對新設計和不能進行試驗的場合采用估算。對于工業上嚴密系統的空氣泄漏量，常采用的經驗公式如下：

W空氣=0.21KV2/3

式中：W空氣為空氣泄漏量，kg/h；V為真空系統的容積，m3；K為壓力常數，取值見表2。

表2 K取值Table 2 K value

除采用上述經驗公式計算系統的空氣泄漏量外，也可以查經驗圖表，見E.E.路德維希編著的《化工裝置的工藝設計》[2]。

被抽出的工藝物料氣量是工藝生產過程中產生于系統中的液體處于平衡狀態的物料蒸汽。根據工程經驗，真空系統的設計抽氣量為2倍于上述計算的抽氣量。最終計算的四臺蒸餾塔的抽氣量數值見表1。

3.1.4 壓縮比[3]

蒸汽噴射器排出壓力P3與吸入壓力P0之比β成為壓縮比，即β= P3/P0。一般，經濟壓縮比的范圍大致為β=1～6，最大β=8左右，壓縮比越大，工作蒸汽的消耗量越大，但噴射器的操作穩定性越好。當蒸汽噴射器的吸入壓力P0較低(即真空度較高)時，就需要采用多級噴射器串聯，噴射器的級數可根據最低吸入壓力而定。在設計過程中，對于多級噴射器，需慎重選擇一個最合適的壓縮比分配方案。

3.2 蒸汽噴射器抽真空方案

本方案真空設備全部采用蒸汽噴射器，對四臺真空塔抽真空，方案分為多級真空噴射器串、并聯兩種方案。

3.2.1 串聯工藝

蒸汽噴射器串聯工藝流程如圖2。

1一級噴射器(EJ-101A)；2二級噴射器(EJ-102A)；3三級噴射器(EJ-103A)；4四級噴射器(EJ-104A)；5 VDT塔噴射器(EJ-105A)；6五級噴射器(EJ-106A)；7一級冷凝器(E-101A)；8二級冷凝器(E-102A)；9三級冷凝器(E-103A)。

圖2 工藝技術方案一(串聯工藝)

Fig.2 Process technology scheme1(series process)

本技術方案中采用了五級真空噴射器系統設計，在四臺真空塔進噴射泵入口處均設置調節閥，控制塔系統真空度的穩定，該方案中關閉四臺真空塔中的任何一個或多個，真空系統均能夠穩定運行。其中前三級采用噴射器直接串聯，級間壓力分別對應TEA塔、DEA塔及MEA塔的操作壓力，第四級并聯VDT塔用蒸汽噴射器。

3.2.2 并聯工藝

蒸汽噴射器并聯工藝流程如圖3。

1一級噴射器(EJ-101B)；2二級噴射器(EJ-102B)；3一級噴射器(EJ-103B)；4二級噴射器(EJ-104B)；5 MEA塔噴射器(EJ-105B)；6三級噴射器(EJ-106B)；7四級噴射器(EJ-107B)；8一級冷凝器(E-101B)；9二級冷凝器(E-102B)；10三級冷凝器(E-103B)。

圖3 工藝技術方案二(并聯工藝)

Fig.3 Process technology scheme2(parallel process)

本技術方案中，真空系統的4臺塔采用并聯的操作方式，其中TEA塔和DEA塔工藝要求的真空度較高，需采用兩級串聯的操作方式。MEA塔和VDT塔均采用一級噴射器的操作方式。該工藝方案同樣是采用在用戶進蒸汽噴射器入口前設置調節閥控制系統的穩定。

3.3 兩種技術方案的對比

表3 各級參數值(方案一)Table 3 The Parameter of every stage(scheme1)

表4 各級參數值(方案二)Table 4 The Parameter of every stage(scheme2)

首先，對兩種工藝技術方案各級噴射器的壓縮比進行優化選取，見表3和表4。工藝技術方案一(串聯工藝)中各級壓縮比數值在2.43～6.11之間，數據較為均勻；而工藝技術方案二(并聯工藝)中各級壓縮數值在2.43～13.69之間，壓縮比相對較大，雖然壓縮比大對真空系統的操作穩定性有利，但較大的壓縮比消耗的蒸汽的量較大，產生的生產污水較多，增加了裝置的能耗。

其次，在設備投資及公用工程消耗上也做出了對比，具體數值見表5。通過表中數據可以看出串聯工藝無論在設備投資，還是在公用工程消耗上均優于并聯工藝。

表5 兩種技術方案比較Table 5 Comparison of two technical schemes

通過以上對比，采用串聯工藝明顯優于并聯，在乙醇胺裝置真空系統的設計中優先選取了串聯操作的工藝技術方案。

4 結論

采用蒸汽噴射器抽真空的方式，能長期保證裝置可靠穩定的運行，并且蒸汽噴射器裝置無易損部件，一般不需要維修，設備維修相對簡單；運行費用相對較低，比真空機組耗電少，且無潤滑油消耗，動力只需消耗較便宜的蒸汽及冷卻水。在蒸汽噴射器抽真空的裝置中，通過以上串-并聯兩種工藝的對比總結，在多用戶真空系統中，采用串聯的操作方式，無論在操作難易、設備投資以及節能降耗方面都體現出了較大的優越性。

[1] Jams S R,Couper W Poy Penney,James R Fair,et al.Chemical process equipment[M].third edition:selection and design.USA:Butterworth-Heinemann, 2012:155.

[2] (美)E.E.路德維希.化工裝置的工藝設計[M].北京:化學工業出版社,1979:232.

[3]王松漢.石油化工設計手冊第4卷工藝和系統設計[M].北京:化學工業出版社,2002:513.

(本文文獻格式：曹明華.多級蒸汽噴射器在真空系統上的應用[J].山東化工,2017,46(15):107-109.)

Application of Multi-stage Steam Ejector in Vacuum System

CaoMinghua

(Sinopec Ningbo Engineering Co.,Ltd Shanghai Branch, Shanghai 200030,China)

As one of the common equipment of vacuum system, steam ejector is widely used because of its simple operation and easy control. This paper will describe the application of multi-stage steam ejector in industry fields, focusing on the multi-stage vacuum system in series and parallel process, give reasonable suggestions from the operation of energy saving and equipment investment, to provide some reference for the similar design of the vacuum system.

vacuum system; steam ejector;series process;ethanolamine

2017-05-21

曹明華(1982—)，男，安徽碭山人，工程師，碩士，主要從事化工工藝管道專業設計及項目管理工作。

TQ051.4

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1008-021X(2017)15-0107-03