甲醇酸脫洗滌塔三段液位調(diào)節(jié)

徐 晨

（云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228）

我公司26萬(wàn)t/a甲醇裝置的有效氣負(fù)荷大于97%時(shí)，甲醇裝置洗滌塔（C15201）的三段液位較高，阻力增大，從而制約裝置的產(chǎn)能發(fā)揮。此時(shí)，甲醇裝置產(chǎn)量740t/d，無法達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)（780t/d）。研究后采取的措施為:在C15201的三段出口增加升壓泵，由三段液位信號(hào)變頻控制離心泵的轉(zhuǎn)速，及時(shí)將C15201三段液體送走，調(diào)節(jié)并或者穩(wěn)定C15201三段液位。

本文對(duì)C15201三段升壓泵同步轉(zhuǎn)速方案、全流量變頻調(diào)節(jié)方案、優(yōu)選流量范圍的變頻調(diào)節(jié)方案進(jìn)行了對(duì)比分析，并總結(jié)了離心泵變頻控制工藝負(fù)荷的注意事項(xiàng)。

1 技改措施

在甲醇裝置酸脫洗滌塔（C15201）三段集液箱出口（N5） 至E15205之間新增一臺(tái)升壓泵，以提高管道疏通能力。三段集液箱液位，在現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，新增遠(yuǎn)程液位計(jì)（LIC15215）。該液位信號(hào)用于變頻控制升壓泵P15212，調(diào)整、穩(wěn)定C15201三段集液箱的液位。如圖1所示。

2 設(shè)備配置方案

綜合甲醇裝置的有效氣負(fù)荷調(diào)節(jié)需求，C15201出口升壓泵（P15212） 要滿足最小、正常、最大3個(gè)工況，并且在額定流量下，升壓泵（P15212） 的揚(yáng)程要≥3.5m。升壓泵工藝參數(shù)詳見表1。

2.1 同步轉(zhuǎn)速時(shí)的運(yùn)行方案

先考慮升壓泵僅同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，離心泵的流量將采用出口閥調(diào)節(jié)。在額定工況下，揚(yáng)程≥3.5m，因此將選型點(diǎn)確定為321m3/h，揚(yáng)程為5.6m。

該泵性能曲線如圖2所示。

該泵的工作點(diǎn)在葉輪直徑為φ300的一條性能曲線上。當(dāng)出口閥進(jìn)行開度調(diào)節(jié)時(shí)，泵運(yùn)行在曲線上所示的各個(gè)工作點(diǎn)。泵的的轉(zhuǎn)速為730r/min，軸功率為6.4kW，電機(jī)功率為11kW。

額定工況點(diǎn)能滿足工藝所需的揚(yáng)程、流量的要求，但流量調(diào)節(jié)采用的是出口閥開度調(diào)節(jié)方式。

2.2 同步轉(zhuǎn)速條件下選型的變頻調(diào)節(jié)

當(dāng)采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)，在小于額定流量情況下，由于轉(zhuǎn)速降低，離心泵揚(yáng)程、流量將下降，因而需要進(jìn)一步論證變頻調(diào)節(jié)能否連續(xù)穩(wěn)定維持C15201三段的液位。

將2.1中離心泵進(jìn)行變頻操作，當(dāng)離心泵轉(zhuǎn)速為578r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)流量為254m3/h，揚(yáng)程為3.5m。在146～254m3/h流量范圍，該C15201的三段升壓泵揚(yáng)程將小于3.5m。即電機(jī)轉(zhuǎn)速低于578r/min，流量低于254m3/h時(shí)，泵的揚(yáng)程將無法克服C15201三段出口的管道阻力，如表2。

圖1 液位控制簡(jiǎn)圖

表1 升壓泵工藝參數(shù)要求

2.3 全流量范圍變頻調(diào)節(jié)控制

2.3.1 全流量范圍變頻調(diào)節(jié)

C15201三段出口流量的需求范圍是146～321m3/h，且揚(yáng)程≥3.5 m3/h，因此離心泵揚(yáng)程小于3.5m時(shí)，無法克服三段出口管道阻力，離心泵、管道也可能突然失去流量。以離心泵最小流量為146m3/h，且此點(diǎn)的揚(yáng)程為3.5m為依據(jù)，據(jù)此核算、選擇離心泵，型號(hào)為EAP 200K4-250-G。當(dāng)該泵變頻調(diào)速至1605r/min，達(dá)到額定流量321 m3/h時(shí)，此時(shí)揚(yáng)程為16.9m；該泵軸功率為18.7kW,電機(jī)功率為30kW。泵變頻控制的參數(shù)見表3。

圖2 同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行性能曲線

表2 升壓泵變頻調(diào)節(jié)參數(shù)

表3 全流量范圍變頻調(diào)節(jié)的參數(shù)

2.3.2 全流量范圍變頻調(diào)節(jié)離心泵與恒轉(zhuǎn)速離心泵的差異

與同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行條件所選離心泵變頻調(diào)節(jié)相比，全流量范圍調(diào)節(jié)的電機(jī)功率由11kW變?yōu)榱?0kW,驅(qū)動(dòng)電機(jī)由8極機(jī)改選為4極機(jī)。全流量調(diào)節(jié)雖然能夠滿足工藝的流量范圍，但各個(gè)流量點(diǎn)揚(yáng)程富余量大，所選電機(jī)功率較高。

2.4 優(yōu)選流量范圍的變頻調(diào)節(jié)控制

同步轉(zhuǎn)速所選離心泵，在采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)，低流量時(shí)揚(yáng)程不足，不能克服管道阻力，即所謂的打不起量。而全流量范圍進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，要求各個(gè)流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程均要≥3.5m，各個(gè)流量點(diǎn)揚(yáng)程富余量太大，所選電機(jī)功率過大，能耗高不經(jīng)濟(jì)，也會(huì)增加一次性的投資費(fèi)用，因此要合理確定調(diào)節(jié)的流量范圍。

2.4.1 優(yōu)選工藝操作流量范圍

將上述核算情況再次與工藝部門討論，并建議細(xì)致分析確定C15201三段出口的實(shí)際流量范圍，最終重新考慮C15201三段出口升壓泵的變頻調(diào)節(jié)操作范圍為180～300m3/h。因此將180m3/h流量點(diǎn)的揚(yáng)程定為3.5m。據(jù)此核算離心泵參數(shù)，并選型。當(dāng)流量為300m3/h時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高至945r/min，軸功率為11.6kW,電機(jī)功率為18.5kW,電機(jī)為6極電機(jī)。詳見表4。

表4 優(yōu)選流量范圍變頻調(diào)節(jié)參數(shù)

2.4.2 優(yōu)選流量范圍特性曲線及工作點(diǎn)

所選的離心泵性能曲線見圖3。

圖3 離心泵的各個(gè)工作點(diǎn)

繪制出530r/min、707r/min、883r/min（葉輪直徑Φ320） 等幾種轉(zhuǎn)速的性能曲線。離心泵變頻調(diào)節(jié)時(shí)，工作點(diǎn)在不同轉(zhuǎn)速曲線上。

3 離心泵變頻控制注意事項(xiàng)

從C15201出口升壓泵的核算、選擇過程來看，變頻調(diào)節(jié)的離心泵選型與恒定轉(zhuǎn)速離心泵核算、選擇有很大的不同之處。

3.1 變頻調(diào)節(jié)離心泵的性能保證點(diǎn)

3.1.1 變頻調(diào)節(jié)特性

變頻離心泵操作的最小流量點(diǎn)，需要滿足工藝要求的揚(yáng)程，以便克服管道阻力，避免轉(zhuǎn)速降低到一定程度后揚(yáng)程低于管道阻力，使離心泵中斷流量。如果變頻離心泵是自動(dòng)控制，所需流量點(diǎn)的揚(yáng)程不能克服管道阻力，離心泵的流量將在中斷與輸送兩者間不斷變化，流量大幅波動(dòng)。

如圖4所示，離心泵電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎1調(diào)節(jié)到n2轉(zhuǎn)速，流量從Q1減小為Q2，揚(yáng)程逐漸降低。如果Q2為工藝操作要求的最小流量點(diǎn)，Q2點(diǎn)的揚(yáng)程必須大于后續(xù)管路的阻力損失。

圖4 變頻調(diào)節(jié)性能曲線

3.1.2 同步轉(zhuǎn)速出口閥調(diào)節(jié)特性

當(dāng)采用出口閥門調(diào)節(jié)時(shí)，離心泵的性能保證點(diǎn)為工藝操作要求的最大流量點(diǎn)。該點(diǎn)要滿足工藝所要求的揚(yáng)程。如圖5，當(dāng)關(guān)小出口閥，流量從Q1逐漸降低至Q2，揚(yáng)程從H1增大至H2，因此不會(huì)出現(xiàn)低流量揚(yáng)程不足的問題。

圖5 出口閥調(diào)節(jié)性能曲線

3.2 合理選擇變頻調(diào)節(jié)流量范圍

設(shè)計(jì)院、工藝單位提供的工藝數(shù)據(jù)，流量操作范圍比較寬。如果要求變頻調(diào)節(jié)，最小流量點(diǎn)必須滿足揚(yáng)程要求。揚(yáng)程以流量的平方關(guān)系增加，流量達(dá)到額定流量時(shí)，揚(yáng)程富余度將變得很大，軸功率也變得太大。因此，變頻調(diào)節(jié)的流量范圍，需要選擇為經(jīng)常操作的流量區(qū)間。甲醇洗滌塔（C15201） 出口升壓泵（P15212），如果選擇146～321m3/h的流量范圍為變頻調(diào)節(jié)，電機(jī)功率將選擇為30kW；但在優(yōu)選的180～300m3/h范圍內(nèi)變頻調(diào)節(jié)，電機(jī)功率只需要18.5kW。實(shí)際生產(chǎn)中，偶爾需要在優(yōu)選流量區(qū)域外的小流量點(diǎn)操作，可現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)關(guān)小離心泵出口閥，即同時(shí)采用變頻調(diào)節(jié)和出口閥調(diào)節(jié)，就可以滿足工作要求。

4 結(jié)語(yǔ)

我公司26萬(wàn)t/a甲醇裝置洗滌塔（C15201）三段出口，增加了升壓泵（P15212），并采用合適的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式，選擇了合理的流量調(diào)節(jié)區(qū)間，從而使C15201各段以及升壓泵（P15212）始終能夠穩(wěn)定運(yùn)行，最終完全消除了酸脫洗滌塔（C15201）的攔液現(xiàn)象。裝置可以高負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)（780t/d），日產(chǎn)量最高可達(dá)到820噸。