真空泵的腐蝕原因及對策

王德州,劉增溫,楊建杰,郭 海

(棗莊杰富意振興化工有限公司,山東 棗莊 277000)

某化工企業(yè)主要業(yè)務是以煤焦油為原料進行深加工生產輕油、脫酚酚油、改質瀝青、炭黑油、工業(yè)萘和洗油等產品,加工能力為0.5 Mt/a。煤焦油深加工裝置主要包括常壓蒸餾系統(tǒng)、減壓蒸餾系統(tǒng)和工業(yè)萘蒸餾系統(tǒng)。近年來該公司煤焦油蒸餾裝置的減壓蒸餾系統(tǒng)中真空泵維修較為頻繁,平均每年維修高達6次,其故障主要表現(xiàn)為內部腐蝕嚴重造成氣量不足、機封泄漏和真空度降低,從而嚴重影響正常生產,直接導致減壓系統(tǒng)無法采出油氣。維修頻繁導致維修人員勞動強度過大,維修費用居高不下,每年維修費平均為60余萬元。真空泵因腐蝕需要更換的備件主要為葉輪、圓盤、機封密封腔、內腔、機封、擋板、隔距螺栓、泵蓋、軸承座、軸承蓋和軸承,幾乎為整機備件。對該公司真空泵發(fā)生腐蝕泄漏的原因進行分析,介紹了所采取的技術改造以及實施改造后的效果,為同類別化工生產企業(yè)在應對真空泵腐蝕問題時提供一定的參考與借鑒。

1 生產工藝簡介

煤焦油深加工過程中包含常壓蒸餾、減壓蒸餾和工業(yè)萘蒸餾。在減壓蒸餾過程中,通過真空泵來建立一個真空系統(tǒng),洗油在重力的作用下通過管道流入液封槽,并且管道的末端插入液面之下,以避免空氣進入,破壞系統(tǒng)的真空狀態(tài)。在洗油的進出量正常的情況下,液封槽能夠維持原有液面的穩(wěn)定,也就是可以保證真空系統(tǒng)不被破壞。利用真空系統(tǒng)持續(xù)進行物料的采出,真空泵的穩(wěn)定運行對于真空系統(tǒng)至關重要。真空泵主要作用是對密閉容器抽除氣體獲得真空,其工作原理是利用偏心轉子在泵腔內旋轉產生體積的變化從而將氣體排出泵外。主要分為吸氣和排氣兩個過程,吸氣過程中泵腔體積增大,氣體不斷膨脹,將容器內氣體吸入泵腔;在排氣過程中體積變小,壓力增大,最終通過油封將吸入的氣體排出泵外,從而達到抽氣的目的。但是由于真空泵對空氣介質的溫度要求嚴格,如果溫度過高,真空泵則無法正常工作。因此對于溫度較高的空氣介質,在空氣介質進入真空泵之前,使用洗油將空氣介質的溫度降至適合真空泵運行的溫度。所謂洗油是一種用于從煤氣中洗出苯或萘系化合物的吸收油,利用其與煤焦油、石油中其他組分相似相溶的特點,達到對分餾過程中所產生氣體的洗滌,使之吸收氣體中的苯、萘等物質。

自常壓蒸餾塔底抽出的軟瀝青,經過減壓加熱爐加熱后進入減壓塔,在真空系統(tǒng)的作用下塔內形成負壓進行產品采出。中部采出重油B,經重油B抽出泵抽出經過重油B廢鍋,一部分回流,一部分采出至CB油重油槽。上部采出重油A,經重油A抽出泵抽出經過重油A廢鍋、重油A2號冷卻器,一部分回流,一部分采出與重油B匯合后至CB油重油槽。頂部油氣進入真空系統(tǒng)。減壓塔頂部油氣在真空泵的作用下進入真空槽,洗油通過噴灑的形式將油氣進行洗滌降溫,然后洗油進入液封槽,通過洗油循環(huán)泵與洗滌后的油氣混合進入真空泵,并持續(xù)進行循環(huán),液封槽頂部尾氣進入尾氣系統(tǒng)。另一部分洗油則采出至未洗三混油罐作為工業(yè)萘蒸餾原料。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

以圖1中真空泵為本次研究對象,來自減壓塔頂?shù)挠蜌饨浾婵詹蹆鹊南从拖礈旌筮M入真空泵,雖然通過洗油洗滌能夠去除一部分雜質,但是卻不能有效去除酸性氣體,繼而導致腐蝕性氣體進入真空泵內部,對其造成嚴重腐蝕。

2 真空泵腐蝕現(xiàn)狀分析

真空泵葉輪腐蝕嚴重,見圖2。真空泵泵蓋腐蝕嚴重,螺栓孔已穿透,密封面腐蝕嚴重,已無法密封,見圖3。真空泵圓盤腐蝕嚴重,排氣槽位置已穿孔,見圖4。

圖2 真空泵葉輪腐蝕形貌

圖3 真空泵泵蓋腐蝕形貌

圖4 真空泵圓盤腐蝕形貌

經過對減壓塔塔頂抽出的油氣進行成分分析,結果見表1。由表1可知,硫化氫含量極高。硫化氫屬酸性氣體,沒有顏色、毒性較強、腐蝕性較強,氣味類似臭雞蛋。硫化氫氣體溶于水中后電離呈酸性,使設備受到電化學腐蝕,從而引起真空泵內部零件出現(xiàn)點蝕穿孔。腐蝕過程中產生的氫原子被吸收后,在缺陷區(qū)富集,引起材料脆化,萌生裂紋,導致開裂。

表1 減壓塔塔頂油氣成分分析結果 μL/L

3 技術方案的制訂和實施

通過降低硫化氫的濃度,從而降低真空泵的腐蝕。具體措施為增加一套堿液(質量分數(shù)為21%氫氧化鈉)噴灑處理裝置,減壓塔頂油氣經過洗油洗滌后進入新增真空槽,真空槽內稀堿對油氣中的硫化氫氣體進行中和,經過二次洗滌后的油氣進入真空泵與洗油混合進行循環(huán),來自稀堿槽的稀堿噴灑后進入集液槽,頂部尾氣進入尾氣系統(tǒng),底部稀堿回至稀堿槽。改進后的工藝流程見圖5。

圖5 改進后的工藝流程

該堿洗工藝中包含真空槽和集液槽,真空槽內部設計鋸齒形溢流裝置,鋸齒形溢流裝置分為內鋸齒圈和外鋸齒圈,外鋸齒與真空槽內留有間隙,見圖6。當稀堿通過底部先進入內鋸齒形圈,稀堿一部分向內側溢流,一部分向外鋸齒圈溢流,通過內外鋸齒形結構向四周均勻溢流,形成稀堿瀑布,硫化氫氣體向上流動時必定經過稀堿形成的屏障,從而將硫化氫氣體進行中和,降低硫化氫氣體濃度,避免硫化氫氣體向上流動進入真空泵造成腐蝕。真空槽內在鋸齒形溢流裝置上部設計折流板,由于氣體與液體的密度不同,液體與氣體混合一起流動時,如果遇到阻擋,氣體會折流而走;而液體由于慣性,繼續(xù)有一個向前的速度,向前的液體附著在阻擋壁面上由于重力的作用向下匯集到一起,通過排放管排出。通過折流板將水分進行分離,從而減少進入真空泵中的油氣水分。改進后減壓塔塔頂油氣成分分析結果見表2。

表2 改進后減壓塔塔頂油氣分析 μL/L

圖6 真空槽實物照片

4 技術改造實施后真空泵運行情況

此次改造效果明顯,改造后至今未發(fā)生真空泵腐蝕泄漏,真空泵使用壽命顯著延長,真空度得到有力保障,生產負荷穩(wěn)步提升,從而保障生產穩(wěn)定運行。真空泵未發(fā)生腐蝕泄漏,每年節(jié)約維修費用60余萬元。

5 結 語

通過本次對真空泵腐蝕原因的調查研究與應對,消除了真空泵因硫化氫腐蝕而產生泄漏的設備安全隱患,這對于生產工藝裝置的穩(wěn)定運行具有重要意義,既保證了生產的連續(xù)性與穩(wěn)定性,又為公司降低設備維護費用。此項研究為同類型的化工企業(yè)在解決真空泵腐蝕泄漏的問題時提供參考與借鑒,確保此類真空泵的正常穩(wěn)定運行,保障工藝裝置安全可靠生產,從而為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。