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炼化装置中机泵的节能应用


作者:李琦
【摘 要】机泵是炼化装置中的主要设备,其节能效果的好坏直接影响生产效益。本文从两个方面入手,一方面详细介绍了双螺杆泵在尿素反应泵上的应用,另一方面叙述了离心泵调节方法;通过调节方法的比较和变频调速的实际应用说明了变频调速的优点,得出了变频调节可以大幅度节能的结论。
【关键词】双螺杆泵 节能效果 优化操作 经济效益 离心泵 变频调速 原理 应用
一、双螺杆泵在尿素脱蜡反应泵上的应用
(一)前言
 反应循环泵是尿素脱蜡生产中的关键设备。尿素脱蜡的工艺原理是用尿素分子的蜂巢网眼结构将柴油中的正构烷烃吸附出来形成络合物,将络合物加热分离出液蜡。反应循环泵是将尿液与柴油的混合液输送到套管结晶器中,在泵的入口中含有(3~4)倍于进料的循环络合物,为络合反应提供结晶种子,加深脱蜡深度。络合物是一种白色粘稠的聚合物,在常温下的粘度为30cp左右,易于结晶堵塞管路。
(二)改型前反应泵的运行状况
在改型之前,反应泵曾选用DY67times;6、5FDJ5times;4、GSJH2times;4times;13H等泵型。基本上都是多级离心泵,想利用高扬程来减少结晶带来的阻力。结果造成了系统在高压下工作,致使密封经常泄露,设备运行周期短,且入口来料不足,易于抽空,振动大。因此反应泵有被称为老虎泵的绰号,密封更换频繁,维护工作量大及维护费用高。GSJH2times;4times;13H泵型是90年代初期开发的化工流程泵,是双支承泵,体积大,因其能耗高,效率低,易损件多,维修强度大,经过5年的运行,现也已被淘汰。
(三) 应用双螺杆泵的可行性分析
1 对反应泵的性能要求
对反应泵的性能要求是防止抽空,介质为粘稠的络合物,30℃时运动粘度为 30cp,流量为70m3/h,出口压力为2.0MPa。
2 双螺杆泵的工作原理
螺杆泵是容积泵的一种,物料好比是在螺杆上的螺母,当旋转螺杆时,则螺母在螺杆方向做直线运动,同理当螺杆旋转时,则物料顺着螺旋槽与泵壳内壁面形成的密封空间向前流动,同时因容积的变化使物料获得压力能,物料的能量获得与粘度有直接的关系。双螺杆泵是靠齿轮箱中的同步齿轮传递动力,主动螺杆带动同步齿轮旋转,从而带动副螺杆运转,两根螺杆不直接接触,之间有一定的啮合间隙,随着粘度的大小来调整啮合间隙,从而得到了不同的流量和压力。
3 应用的可行性
反应泵的工作特性和螺杆泵的工作原理决定了双螺杆泵能满足尿素脱蜡工艺和生产的需要,反应泵应用双螺杆泵是可行的。
(四)改造后的螺杆泵应用效果
1 经济效益
由上可看出,双螺杆泵在反应泵上的应用是切实可行的。2003年11月车间将其余6台泵全部更换为双螺杆泵,经过近半年的运行,该泵的故障率低,效率高,运行平稳,完全满
足生产和安全的需要。通过电的计量,装置的耗电量下降。由每天的36000度下降到现在的每天22000度,每天节电14000度,按年开车330天计算,每度电0.4元计算,8台泵年可节电200多万元。经济效益每年可节约资金200万元。同时降低装置的能耗。能耗由160kgEO/t降到120kgEO/t。
单台泵年节电70times;24times;330times;0.422万元。8台泵年节约资金:8times;22(万元)176万元。
2 优化了生产操作
根据络合物易结晶的特性,选用容积式泵,保证物料的恒量流动性,减少结晶堵塞而带来的进料再分配现象,确保了多台反应泵同时运行的平衡性。双螺杆泵的应用优化了工艺操作,同时应用双螺杆泵提高了装置的处理能力。以前反应生产需开7台泵,原料为13t/h,现在反应生产只开6台泵原料为13t/h,如果后路系统稍加改造,按七组生产,原料可提高(16~17)t/h,年处理量可达到13万吨,处理量提高3万吨,并且各项消耗总量略有增加或保持不变,大大的降低了生产成本,提高了装置的赢利能力。
3 降低了维修工人的劳动强度
在改型之前反应泵故障率高,8台泵年更换波纹管机械密封110套。在应用双螺杆泵后,故障率明显降低,8台泵年更换波纹管机械密封10套。大大的降低了工人的劳动强度,也降低了装置的维修费用。
二、离心泵变频调速节能
(一) 前言
近年来,炼油厂在离心泵的节能方面做了许多工作,如改变大马拉小车、车削叶轮、合理选型和配套等。然而离心泵由定转速电机传动、用阀门调节造成的电能浪费仍未消除。解决这一问题的主要途径在于采用变频器来调节电机转速。
(二) 离心泵的调节方法
离心泵的工作点是由泵的特性和管路特性共同决定的,当离心泵安装在特定的管路系统中工作时,实际的工作扬程和流量不仅与离心泵本身的性能有关,还与管路的特性有关,即在输送液体的过程中,泵和管路是相互制约的。
(三) 变频调节节能原理
1 泵有效功率Ne减小
根据图2、图3所示的泵出口速度三角形,可直观看出:在同一工况下分别用两种方法将流量降到相同,此时叶轮的径向速度vm22相同,叶轮出口液体的绝对速度却相差很多,节流调节的v22〉降速调节的v22。就是说,节流调节时泵给液体的能量要高于降速调节,或者说,节流调节时泵消耗的能量要高于降速调节,这一点与第2节中的结果是一致的。
2 泵效率eta;增加
泵效率随着转速降低而增加:1)转速降低时,叶轮的圆周速度降低,叶轮通道与液体的摩擦损失降低。叶轮出口液体的绝对速度明显减小,冲击损失和涡流损失减小。泵的水利效率增加;2)转速降低时,泵壳内压力降低,泵内各泄漏点的泄漏损失减小,泵的容积效率增加;3)转速降低时,叶轮与泵壳内液体的摩擦损失减小,各摩擦副的摩擦损失减小,泵的机械效率增加。即降速调节泵效率eta;要高于节流调节。
3 泵轴功率N降低
泵轴功率N Ne /eta;,由3.1可知泵有效功率Ne减小,由3.2可知泵效率eta;增加。离心泵降速调节所需的轴功率N降低,电机对离心泵所做的功降低。
4 能量损失分析
节流调节利用关小调节阀开度来增大管路的局部损失,使式1中B增大,泵的特性曲线变陡。阀门的局部阻力消耗了液体的有用功,白白地将这部分有用功转换成热能,造成较大的能量损失。另外,节流调节时,泵的转速不变、泵的内压增高,导致泵的水利损失、容积损失和机械损失增大,泵效率降低。
(四)变频调速技术在炼油厂的应用
由于变频调速的优点,我厂蒸馏、催化裂化、加氢精制、重整、酮苯脱腊、制氢等主要装置中广泛应用了变频调速器。
我厂某装置进行节能降耗改造,关键离心泵全部采用变频调速。经过几年的实际应用,变频调速泵的使用周期明显延长,适应装置的频繁切换原油和提降处理量,在装置的平稳操作和节能降耗上取得了明显的效果和经济效益。表1是变频调速器应用前后机泵耗电量的对比。
安装变频器后节电率(1398.545-667.707)/1398.54552.26%
三、 结束语
从以上两点的论述中我们可以看出:双螺杆泵在使用期间,运行平稳、效率高、噪音低、节能效益明显,同时优化工艺操作,加长了温洗间隔,为提高装置处理能力提供了可靠的设备保证;从机械角度出发,证明了离心泵变速调节的节能潜力是巨大的。虽然安装变频调速器的一次性投资较大,但变频调速调节的操作费用明显降低,变频调速技术在炼油厂会被广泛应用。
【参考文献】
1 洪进东. 尿素脱蜡操作规程. 锦西石化分公司. 2001.8
2 张立凡. 化工机器. 大连理工大学. 1998.5
3 王占魁.变频调速技术.北京:科学出版社,1994.