乙烯裝置低溫泵的選型與操作問(wèn)題探討

楊海召

【摘??要】一些離心泵在乙烯裝置中被用于輸送低溫介質(zhì)，由于大多數(shù)介質(zhì)是易燃易爆介質(zhì)，并且溫度非常低，很容易氣化蒸發(fā)。因此，這些低溫泵的使用必須非常嚴(yán)格，從而對(duì)如何選擇和操作低溫泵也提出了更高的要求。本文主要介紹了在乙烯裝置中選擇和操作低溫泵時(shí)需要考慮的問(wèn)題，研究了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，并為相關(guān)工程人員提供了理論參考。

【關(guān)鍵詞】乙烯裝置;低溫泵;選型;操作

作為中國(guó)石化工業(yè)的重點(diǎn)，乙烯工業(yè)生產(chǎn)丁二烯，乙烯和其他非常重要的原料產(chǎn)品。因此，在石化產(chǎn)品方面，許多國(guó)家高度重視乙烯工業(yè)的發(fā)展，并將乙烯的總產(chǎn)量作為衡量該國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，裂解輕柴油和石腦油生產(chǎn)乙烯的主要過(guò)程是通過(guò)順序分離工藝完成的，原理是使用不同的溫度將碳含量按照從輕到重的順序裂解氣分離，并通過(guò)在不同溫度下精餾將其分離以產(chǎn)生不同的產(chǎn)物。在正常情況下，在室溫下適當(dāng)?shù)膲毫ο拢梢苑蛛x出三種或更多種碳組分。分離在低溫下進(jìn)行，另外，乙烯在儲(chǔ)存過(guò)程中也要求低溫條件。此時(shí)，必須對(duì)能適應(yīng)低溫介質(zhì)的泵進(jìn)行循環(huán)和加壓，此類介質(zhì)的裝載，存儲(chǔ)和卸載也需要低溫泵送。低溫泵的工作條件十分嚴(yán)格，因此，對(duì)低溫泵的選型和操作也提出了更高的要求。本文則主要對(duì)選擇和操作低溫泵時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了探討。

一、低溫泵的選型問(wèn)題

1.1基本結(jié)構(gòu)選擇

為了應(yīng)對(duì)低溫泵的苛刻工作條件，通常在乙烯設(shè)備中選擇立式雙套管泵，即AIP?610中的VS?6或VS?7離心泵。這主要是為了在難以在冷狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械密封的條件下，確保在臥式泵輸送低溫流體時(shí)的密封性能。氫或部分氣化的氣態(tài)介質(zhì)等介質(zhì)中的不溶性氣體難以除去，同時(shí)，泵體也難以冷卻。因此，使用立式插裝泵時(shí)，可以適當(dāng)增加機(jī)械密封和低溫介質(zhì)之間的距離，排氣也很方便。泵體被部分掩埋，因此不受電動(dòng)機(jī)的熱空氣，氣溫和陽(yáng)光的影響，容易保持低溫狀態(tài)。泵體結(jié)構(gòu)非常對(duì)稱，溫度變化時(shí)變形也相對(duì)較大，由于具有垂直結(jié)構(gòu)，因此最適合用作具有小空化邊緣的設(shè)備。第一級(jí)葉輪位于第一級(jí)葉輪和泵送中心線之間的最低位置。勢(shì)能差增加了液體灌流頭，從而大大增加了第一階段葉輪群中的NPSH?a;雙層殼的內(nèi)殼完全浸沒(méi)在介質(zhì)中，外殼僅承受吸入壓力，從而能夠減少內(nèi)殼與外殼之間的相對(duì)壓差，有助于提高整體強(qiáng)度。

1.2材料選擇

為了確保低溫泵的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在低溫條件下選擇合適的材料非常重要。一般選擇奧氏體不銹鋼作為與介質(zhì)接觸的金屬材料。低溫泵中的非金屬材料主要用于軸封，通常選擇使用石墨，玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯等材料。

1.3軸承與潤(rùn)滑選擇

對(duì)于具有垂直多級(jí)結(jié)構(gòu)的低溫泵，上軸承通常是滾動(dòng)軸承，位于機(jī)械密封上端的特殊軸承箱中，并用稀油潤(rùn)滑。如有必要，應(yīng)為儲(chǔ)物箱添加其他輔助冷卻管。下軸承是一個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)向軸承，浸入在低溫介質(zhì)中并由該介質(zhì)潤(rùn)滑。下軸承主要用作限制泵軸同心度的中間支撐。根據(jù)泵軸的長(zhǎng)度，可以設(shè)置不同數(shù)量的軸承。

二、低溫泵的操作問(wèn)題

2.1操作特點(diǎn)

2.1.1低溫高壓的工作條件

乙烯裝置的低溫泵通常處于十分惡劣的低溫高壓的工作條件。根據(jù)乙烯裝置中低溫泵的主要運(yùn)行參數(shù)，可以看出泵送介質(zhì)的溫度非常低，均低于40°C，其中脫甲烷塔回流泵的溫度甚至低于負(fù)的一百三十?dāng)z氏度。泵體在低溫條件下易發(fā)生冷脆，這對(duì)泵體材料的選擇和加工提出了更嚴(yán)格的要求。另外，不管乙烯，丙烯或甲烷塔鍋爐的液體在常溫下均處于氣態(tài)，以確保它們處于液態(tài)，泵的吸入壓力都相對(duì)較高，乙烯工廠中的低溫泵通常必須滿足較高的要求，出口處的壓力也很高。因此，泵體應(yīng)該能夠承受高壓，并且密封結(jié)構(gòu)也應(yīng)該適合于密封高壓條件。

2.1.2特殊的低溫介質(zhì)

大量裂解氣的冷凝液在常壓下為輕質(zhì)的氣態(tài)。與普通的液化蒸汽相比，它更容易汽化，更易燃易爆。通常，介質(zhì)的滲透性都較強(qiáng)。對(duì)于脫甲烷塔的回流泵，其滲透性比普通氣體如氧氣和氮?dú)庖獜?qiáng)得多。因此，無(wú)論是靜態(tài)密封還是動(dòng)態(tài)密封，都要求低溫泵不得泄漏。

低溫泵所輸送的介質(zhì)基本上處于飽和狀態(tài)，或有輕微的溫度過(guò)低。這種狀態(tài)下的介質(zhì)對(duì)溫度非常敏感。如果溫度變化25%，則汽化壓力通常可以變化100%甚至200%。同時(shí)，介質(zhì)的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，例如密度和比熱值。介質(zhì)的這種特性對(duì)泵的密封，氣蝕性能以及是否可以順利切斷的問(wèn)題提出了新的要求。

對(duì)于每種低溫液化的氣體，都有一定的溫度，無(wú)論施加多大的壓力，都無(wú)法將其液化。該溫度稱為氣體的臨界溫度。在臨界溫度下液化氣體的最小壓力稱為氣體的臨界壓力。如果由低溫泵輸送的低溫泵的溫度由于某些原因而升高，例如軸承摩擦，密封端面上的摩擦等，并且其溫度接近或高于臨界溫度，則必定會(huì)將介質(zhì)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)。此時(shí)如果不及時(shí)采取措施，操作必定會(huì)異常，這是許多低溫泵無(wú)法正常運(yùn)行且密封失效的重要原因之一。

2.2具體操作

2.2.1輔助管路

低溫泵的輔助管路系統(tǒng)除密封輔助系統(tǒng)和軸承冷卻管路外，還應(yīng)在泵的入口和出口管路上有一個(gè)出口孔。其中，應(yīng)特別注意確保氣路接口。由于介質(zhì)包含少量不溶性氣體或由于運(yùn)行過(guò)程中局部溫度變化而導(dǎo)致的少量蒸發(fā)，因此應(yīng)排除這部分氣體，否則它將積聚在泵的入口和出口以及用于振動(dòng)或氣蝕的泵。通常，氣體管線出口位于泵入口和出口部分的最高端。當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，該管線與塔或罐的上部氣相始終保持連通。為了便于清潔和沖洗空氣以及更換空氣，有時(shí)使用沖洗噴嘴的方法。

2.2.2開(kāi)車(chē)

與其他設(shè)備相比，低溫泵的開(kāi)車(chē)過(guò)程較復(fù)雜，而且循環(huán)時(shí)間很長(zhǎng)，主要過(guò)程包括清潔，沖洗，干燥，預(yù)冷和開(kāi)車(chē)。

（1）清潔。在低溫泵的制造和使用過(guò)程中，其泵體內(nèi)有許多有害物質(zhì)。因此，內(nèi)部物質(zhì)應(yīng)在原始使用前進(jìn)行處理，以防止由于低溫凍結(jié)而導(dǎo)致泵的使用和穩(wěn)定性。在特定的清潔過(guò)程中，可使用汽油填充泵體內(nèi)部以溶解內(nèi)容物，然后進(jìn)行清洗。至于干燥，可以先使用干燥氮?dú)猓缓笫褂脽o(wú)水甲醇吸收其中包含的水分，然后沖洗并清潔。

（2）沖洗并更換。清潔后，用干燥的氮?dú)獯祾邚氐讻_洗1小時(shí)以上，清潔效果會(huì)更好。通過(guò)將干燥的氮?dú)獯等氡皿w內(nèi)，可以替換內(nèi)部的易燃易爆空氣，從而確保安全運(yùn)行。通過(guò)在開(kāi)車(chē)前使用低溫氮?dú)庾兓簿哂谐醪降念A(yù)冷卻效果。

（3）預(yù)冷卻泵體。必須考慮泵體的預(yù)冷卻，因?yàn)檫@是低溫泵的獨(dú)特啟動(dòng)過(guò)程。一方面，由于在直接操作中泵體的工作溫度非常低，因此當(dāng)泵體受到低溫影響時(shí)會(huì)在泵體中產(chǎn)生變形和彎曲的不利影響。因此，可以通過(guò)預(yù)冷卻來(lái)避免上述效果，以確保泵的平穩(wěn)運(yùn)行。再者，由于乙烯是一種相對(duì)易蒸發(fā)的物質(zhì)，溫度對(duì)其影響很大，因此必須在首次使用之前預(yù)冷之后再使用低溫泵，以防止在檢查和維修中出現(xiàn)大量的氣體。這樣，通過(guò)科學(xué)的預(yù)冷卻可以確保開(kāi)車(chē)的順利進(jìn)行。

（4）開(kāi)車(chē)

預(yù)冷完成后，如果啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，就可以開(kāi)車(chē)。在開(kāi)車(chē)之前，需要確保已調(diào)試所有密封輔助系統(tǒng)，并且所有壓力和溫度參數(shù)均正常。開(kāi)車(chē)后，需要密切注意密封輔助系統(tǒng)的狀況。通常，啟動(dòng)低溫泵后，務(wù)必確保在2小時(shí)內(nèi)所有運(yùn)行參數(shù)和工作條件滿足正常開(kāi)車(chē)的要求，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上，乙烯工業(yè)在當(dāng)前化工行業(yè)中占據(jù)重要地位。而乙烯裝置中的低溫泵通常處于低溫高溫的嚴(yán)苛的工作條件，而其輸送的介質(zhì)又十分特殊，具有滲透性強(qiáng)、易燃易爆、汽化壓力容易受溫度影響等特性。因此，低溫泵在運(yùn)行過(guò)程中尤其是在進(jìn)行開(kāi)車(chē)時(shí)容易發(fā)生故障，阻礙正常運(yùn)作。對(duì)此，本文主要對(duì)乙烯裝置中低溫泵的選型和操作問(wèn)題進(jìn)行了探討，以期對(duì)設(shè)計(jì)和操作低溫泵的相關(guān)工作人員提供理論參考，推動(dòng)乙烯工業(yè)的蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金波，陳亞林.乙烯裝置低溫泵的選型與操作問(wèn)題探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2010，31（04）：24-26+29+26.

（作者單位：浙江石油化工有限公司）