煤制乙二醇裝置DMO加壓泵選型應用

湯虎(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

乙二醇(ethylene glycol，簡稱EG)，目前主要用于制聚酯滌綸、聚酯樹脂等，可生產合成樹脂PET、纖維級PET即滌綸纖維等，還可用于工業冷量的輸送即載冷劑等。近十年來，隨著乙二醇需求大幅增加，國內煤制乙二醇裝置規模也逐年攀升，從最初產能10萬噸/年的裝置，到近年已成功運行的20萬噸/年煤制乙二醇裝置，甚至40萬噸/年以上規模的裝置也在建設或即將投料試車，工藝流程也愈發成熟。

本文討論的即為煤制乙二醇裝置中的核心設備：DMO加壓泵(根據不同工藝包，名稱略有不同)，主要負責將來自DMO精制工序的精DMO經DMO緩沖罐緩沖后，用DMO加壓泵增壓到3.5MPa后送DMO汽化塔，在DMO汽化塔中，DMO與循環氣充分混合，后進入裝有銅-硅催化劑的加氫反應器，發生加氫反應生成乙二醇并得到甲醇副產品。此泵的運行穩定與否，直接關系到整個乙二醇裝置的生產效能及安全生產。

在煤制乙二醇裝置的工藝參數中，此泵的流量相對較小，揚程比較高，且輸送介質DMO(草酸二甲脂)容易結晶，結晶溫度54℃，然而近年來，隨著乙二醇裝置的產能日益增大，對DMO加壓泵的流量要求也隨之上升，對泵型的選擇更為復雜。本文將選擇三種已經在小規模裝置中有使用業績的泵型：臥式高速泵、多級屏蔽離心泵、多級離心泵(BB4)，結合榮信40萬噸煤制乙二醇裝置DMO加壓泵的工藝參數，對三種泵型在40萬噸煤制乙二醇裝置中的應用進行比較和分析。

1 泵結構及工作原理

1.1 臥式高速泵

臥式高速離心泵的基本結構由泵頭、增速齒輪箱、電動、膜片聯軸器和潤滑系統等組成，見圖1。高速泵的基本工作原理是利用增速箱的增速作用使工作葉輪獲得數倍于普通離心泵葉輪的工作轉速，它利用提高葉輪轉速，加大葉輪外沿的流體線速度，達到高揚程的目的。

高速泵的主要優點：①轉速高，體積小，運轉平穩，占地少；②采用單級葉輪，主軸采用斜齒輪傳動，斜齒輪的軸向力和葉輪軸向力剛好相反，平衡了大部分的軸向力；③泵的吸入口附近可以安裝誘導輪，使泵在使用范圍內具有更好的吸入性能，降低泵的必需汽蝕余量；④輸送易結晶介質時，由于泵的流道短，泵頭小，泵本體方便設置保溫夾套，適合輸送易結晶介質。其缺點：由于轉速高，機械密封、軸承壽命短，軸承潤滑、冷卻系統復雜、易損件多，增加維修成本。

1.2 多級離心泵(BB4)

多級離心泵(BB4)的基本構造是由多級葉輪、吸入段、中段、出口段、軸、軸承箱、平衡盤、密封組件、電機、膜片聯軸器等部件構成。多級離心泵(BB4)的工作原理是電機帶動葉輪快速旋轉，液體在離心力作用下向葉輪外緣流動，有壓的液體再沿級間出水流道進入下一級葉輪進口，第二級葉輪繼續對液體做功，再次增加液體的壓能，如此反復，直至末級葉輪，最后經壓出室排出泵外。

多級離心泵(BB4)主要優點：①多級離心泵采用高效節能的水力模型設計；②揚程可通過改變泵級數( 葉輪數量) 來滿足不同要求，故適用范圍廣；其缺點：①結構復雜、葉輪較多轉子長、兩套機械密封、易損件多、備件量大等，增加維修費用；②泵無法設置保溫夾套，只能現場增加外置伴熱盤管和保溫，一旦介質結晶，多級離心泵檢維修很麻煩。

圖2 多級離心泵(BB4)結構簡圖

1.3 多級屏蔽泵

多級屏蔽泵是離心泵和三相交流電機的共同體，過流部件直接與驅動電機軸相連，共同組成轉子部件，同時利用屏蔽套將電機的轉子和定子隔開，轉子在輸送的介質中運轉，其動力通過定子磁力場傳給轉子。

多級屏蔽泵主要優點：①屏蔽套嵌在定子內側以隔離轉子腔和定子腔，使工藝介質完全無泄漏，適合輸送易燃、易爆、有毒及腐蝕性液體。②哈氏合金定子屏蔽套，采用特殊工藝滾壓成型，精度高、質量好、無焊接缺陷，導磁率高，抗腐蝕性強；③運轉平穩，噪音低，不需要加潤滑油；④泵本體可以設置保溫夾套，適合輸送易結晶介質。其缺點：①多級屏蔽泵結構復雜，裝配精度要求高；②泵的滑動軸承用被輸送介質來潤滑，容易受潤滑散熱磨損，屏蔽套一旦破損需要返廠維修，現場無法修復，時間太長，不利于工廠運行。

圖3 多級屏蔽泵結構簡圖

2 泵運行工況和泵型對比

2.1 泵運行工況

本文選取榮信40萬噸煤制乙二醇裝置DMO加壓泵的工藝參數來選型，該裝置共設置三臺DMO加壓泵，兩開一備，工藝參數見表1。

表1 泵的工藝參數

2.2 各種泵型主要性能參數對比

本文選擇國內一級泵供應商的型號，表2詳細比較了三種泵型的參數。

表2 三種泵型技術參數

從表2中可見，臥式高速泵的額定點效率都比多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵要高3%～4%，相對應的額定點軸功率也要隨之下降，從裝置運行成本上來看，臥式高速泵更占據優勢。臥式高速泵均為單級，多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵均為多級(5～6級)，較少的葉輪組件結構簡單，維護方便，占地空間相對較小，同時備件量的減少，儲備備件需求低。臥式高速泵和多級離心泵(BB4)可以采用機械密封防止介質的泄露，由于高速泵密封腔結構有限，其可以采用雙端面機械密封，密封方案為Plan53B，多級離心泵(BB4)采用串聯式機械密封，密封方案為Plan23+53B，雙支撐結構，有兩套機械密封，隔離液需采用甲醇；臥式高速泵和多級屏蔽泵可以設置保溫夾套，適用輸送容易結晶的DMO(草酸二甲脂)，而多級離心泵(BB4)只能現場在泵體外設置保溫伴熱盤管，不方便后期的檢維修。

2.3 各種泵性能曲線對比

從對比圖中可見，臥式高速泵相比較多級離心泵(BB4)和多級屏蔽泵，額定工況點在性能曲線的最優工作區，因此效率較高；臥式高速泵和多級屏蔽泵的性能曲線隨著流量減小是連續上升的，而多級離心泵(BB4)在小流量區域趨近于一條直線，在小流量區域不好調節流量；臥式高速泵和多級屏蔽泵的最小連續流量為25m3/h，多級離心泵(BB4)的最小連續流量為16m3/h，而工藝參數的最小流量為20m3/h，臥式高速泵和多級屏蔽泵需要設置常回流管線；

圖4 臥式高速泵性能曲線

圖5 多級離心泵(BB4)性能曲線

圖6 多級屏蔽泵性能曲線

4 結論

通過比較了三種泵型在性能參數和結構上的區別，在煤制乙二醇裝置規模不斷增大的背景下，臥式高速泵更加適合目前的工藝參數工況，在效率上也表現的更優秀，比其他兩種泵型效率高3%～4%；臥式高速泵單葉輪泵型，結構簡單，占地少，檢維修方便，同時泵整體價格相對有很大優勢；臥式高速泵可以設置保溫的熱水夾套防止DMO(草酸二甲脂)結晶，易于輸送容易結晶介質。