液环真空泵在常减压蒸馏装置中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京燕化正邦设备检修有限公司 作者:李琳

  国内外常减压蒸馏装置减压塔塔顶抽真空系统一般采用水蒸气抽真空, 因水蒸气抽真空系统维护工作量小, 可靠性高, 从20世纪70年代开始, 国外部分常减压装置开始尝试用机械抽真空系统代替最后一级蒸汽喷射泵。1976年首台液环真空泵在休斯顿ARCO石油公司得到应用, 并取得较好的效果, 以后众多石油公司如联合油、阿莫科、德士古、埃克森、壳牌等纷纷对常减压蒸馏装置真空系统进行改造, 均收到很好的效益, 一般不足一年即可收回投资。

1、液环真空泵工作原理

  液环真空泵工作原理见图1。泵体中装有适量的水作为工作液, 当叶轮顺时针方向旋转时, 水被叶轮抛向四周, 在离心力作用下, 形成一个等厚度的封闭圆水环。水环的下部内表面与叶轮轮毅相切, 上部内表面与叶片顶端接触。此时叶轮轮毅与水环形成一个月牙形空间, 该空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。当以叶轮的下部0o为起点, 叶轮在旋转前时180o小腔的容积由小变大, 且与端面上的吸气口相通, 此时气体被吸人, 当吸气结束小腔则与吸气口隔绝当叶轮继续旋转, 小腔的容积由大变小, 气体被压缩当小腔与排气口相通时, 气体便被排出泵外。

液环真空泵工作原理 

  由于叶轮相对于旋转液环是偏心的, 液体在叶片之间空间内往复运动, 对泵送介质产生抽吸和压缩的作用。在吸气阶段, 液环逐渐远离轮毅,将泵送介质沿轴向从吸气口吸人在排气阶段, 液环逐渐逼近轮毅, 将泵送介质沿轴向从排气口排出, 连续不断地抽吸液体, 便达到抽真空的目的。

2、液环真空泵工艺流程及控制要求

2.1、液环真空泵工艺流程简介

  液环真空泵成套设备主要由液环真空泵、电机、冷却器、气水分离罐及气、水管路及控制仪表元件等组成, 液环真空泵原则流程示意见图2。

液环真空泵原则流程示意图 

  减压塔塔顶第三级油气经液环真空泵人口吸人后, 在液环真空泵的作用下排人气液分离罐, 在气液分离罐中实现水、气分离, 其中油气在微正压作用下进人低压瓦斯系统, 水则经气水分离罐进人工作液冷却器, 运行产生的热量由冷却水通过换热器带走, 冷后工作液经流量控制系统进人液环真空泵循环利用。气水分离罐设置三个液位开关, 当气水分离罐中水位低于设定值时, 补水液位开关电磁阀打开向系统内补水高于设定值时, 水液位开关电磁阀打开向系统外排水, 而中间液位开关则对补水及排水起终止控制作用。

2.2、液环真空泵的控制要求

  为确保液环真空泵及其后续系统运行平稳,对真空泵出口排气压力、吸人口压力及工作液循环流量等均需进行合理控制。液环真空泵主要的工艺控制项目及指标见表1。

液环真空泵主要的工艺控制项目及指标

  对于以上各项目进行控制是基于以下方面的考虑

  1)液环真空泵出口的减压塔顶油气与常压塔塔顶油气共同并入装置轻烃回收系统, 而常压塔顶回流罐正常操作压力为0.03MPa(表), 为确保常、减压塔顶瓦斯在同等压力等级下并人压缩机人口, 故要求液环真空泵出口压力不得大于0.04MPa(表), 以避免对常压塔及轻烃回收系统产生不利影响。

  2)为确保减压塔顶真空度稳定, 该液环真空泵设置气相出口返人口流程, 当系统真空度过高,绝压达到0.015MPa以下时, 通过压力变送器反馈到控制系统来调节气动调节阀的开度, 从而使系统保持一定范围的真空度, 同时也避免真空度过高而导致的机体振动过大。

  3)如果液环真空泵工作液过少及工作液温度过高将出现吸气量及真空度明显下降问题, 因此要控制适当的工作液循环流量以确保真空泵正常运行。

  另外, 要向机械密封的热虹吸罐中供应足够的冷却水, 并注意检查热虹吸罐中液位保持在要求的液位高度, 严禁机械密封干运转。

3、液环真空泵的应用情况

3.1、液环真空泵使用工况

  中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油厂简称燕化公司炼油厂新建8.0Mt/a常减压蒸馏装置减压塔采用三级抽真空设计, 其中一、二级为高效喷射式蒸汽泵, 第三级为液环真空泵,为降低电网波动对装置操作的影响, 第三级还并联一组喷射式蒸汽泵作为备用抽真空设施。该装置于2007年6月建成投产, 减压塔塔顶真空度保持在1.6KPa绝以下, 且运行平稳。液环真空泵运行主要物流物性数据见表2。

液环真空泵运行主要物流物性数据

3.2、液环真空泵公用工程消耗情况

  液环真空泵需要的公用工程介质主要是电和水。液环真空泵电机功率为185KW, 冷却器冷却用水50t/h, 其所消耗公用工程情况及使用要求见表3。

3.3、减压塔顶第三级抽真空系统使用情况对比

  燕化公司炼油厂8.0Mt/a常减压蒸馏装置开工以来, 通过对减压塔塔顶第三级抽真空系统两种不同运行方式进行操作比较, 在达到同样的减压塔顶真空度的情况下, 采用高效喷射式蒸汽抽真空系统与液环真空泵组合工艺, 较采用全部水蒸气喷射式抽真空系统运行更经济、合理, 并可能发挥各自特长, 节能效果显著。第三级抽真空系统两种不同运行方式数据对比见表4。

  由表4可以看出, 采用组合抽真空系统比全部水蒸气抽真空系统降低能耗0.415kg/t, 节能效果显著。

4、液环真空泵系统效益计算

  液环真空泵系统投资建设费用360万元, 按水蒸气单价160元/t, 循环水0.3元/t, 软化水8元/t,, 电0.587元/(KW.H)·计, 经过计算, 组合抽真空方案每年运行操作费用较全部水蒸气抽真空方案少691万元, 投资费用回收期只需0.52年, 其长周期运行的经济效益相当可观。

5、结论

  液环真空泵具有运行平稳、结构紧凑、节能效果显著的特点。高效喷射式蒸汽抽真空与机械抽真空组合抽真空系统, 可发挥各自特长, 以较小的操作费用满足工艺要求, 特别是对于大型装置, 液环真空泵愈发显出其经济性的优点, 节能降耗效果显著, 具有良好的应用前景。

参考文献:

[1]任建松, 陈淳 液环真空泵在常减压蒸馏装置真空系统的应用分析

[2]陈建 机械 抽真空技术在大型常减压蒸馏装置中的应用节能技术

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