硅谷杂志：热油泵冲洗油系统改造探究 |
| 2012-07-22 11:32 作者：孙思怡 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月22日消息 （原文载于《硅谷》杂志）对大庆油田80万吨/年加氢裂化装置重柴油泵P204A/B自冲洗系统循环水汽化的原因进行深入分析，并提出相应、可行的整改方案，在彻底解决问题的同时确保装置平稳运行，效果显著。
为了保证机械密封的正常工作，单纯靠耐高温材料、导热性好的摩擦副材料和合理的结构不一定能取得好的效果，对于润滑性能差和易挥发的液体来说还会出现液膜汽化等问题，不得不采用冲洗措施来改变工作环境。
机泵的自冲洗系统即以机泵介质为冲洗液，由泵出口侧引出一小部分液体，经过间接冷却向密封端面的高压侧直接注入，进行冲洗，然后流入泵腔内。适用密封腔内压力小于泵出口压力，大于泵进口压力，介质温度不高（≤80℃），不含杂质的场合。
下面针对80万吨/年加氢裂化装置重柴油泵P204A/B（汽提塔C203底抽出泵）自冲洗冷却系统为例进行分析，并对设计上存在的缺陷提出整改方案。
1存在问题分析
80万/年加氢裂化装置开工过程中，发现重柴油泵P204冲洗油冷却器外表面温度偏高，甚至发现循环水进水管线处温度高达50-80℃，且管线间断性震动剧烈，现场判断循环水回水被汽化，打开循环水回水放空后喷出大量蒸汽，初步确认是冷却器冷却水被汽化产生气阻，循环水不畅，造成循环水线温度升高，轴承箱冷却水温度升高，现场回水视窗转轮被烫化，导致后路堵塞、回水不畅。
对该泵循环水系统检查时发现循环水进水阀为DN15的针型阀，此阀全开时阀的直径只有5mm，也即循环水上水不畅。为不影响装置正常生产，现场采取紧急措施，用低压蒸汽对冷却器进行冷却。
间接冷却对冷却水质量要求不高，冷却器换热面积必须使密封介质的温度比该介质在外界气压下的饱和温度低20℃～30℃，通常要使密封腔温度在70℃。自冲洗系统的用途是冷却被密封介质，防止温度过高而使密封面之间液体汽化产生干摩擦。
2P204自冲洗冷却系统流程
2.1流程说明
自冲洗油（介质油）从泵出口至冷却器管程（管线DN15mm），经过冷却器冷却，进入油泵机械密封系统，进行冲洗、润滑、冷却工作。冷却水从循环水总管至冷却器壳程（管线DN15mm），对冲洗油进行冷却后至循环水回水系统。P204主要设计参数：
泵型号：PC80-2315-50流量（Nm3/h）：91.3
扬程：138m转速（r/min）：2950
材质：S-6功率：75
冷却器型号：HRL08公称压力（MPa）：6.3
使用温度：＜250℃换热面积（m2）：0.8
进出口管径（mm）：15
电机转速（r/min）：2975
2.2冷却水汽化温度计算
用Antoine公式
Ln（P）=A-B/（T-C）A、B、C都为常数
即Ln（P）=9.3876-3826.36/（T-45.47）[T在290～500K之间]
P：Mpa（冷却水压力）T：K（汽化时温度）
计算得：当P＝0.4MPa时
T＝416.82K＝416.82K-273.15＝143.67℃
当P＝0.5MPa时
T＝425.04K＝425.04K-273.15＝151.89℃
2.3设计缺陷推算
由热量守恒方程Q吸=Q放=CMΔt（1）
即C水M水（T0-T水）=C油M油（T油-T0）
C：比热容M：单位时间质量流量Δt：温差
又有：M＝ρ*S*V（2）
ρ：密度S：截面积V：流速
水：ρ水=1000g/m3C水=4.2*1000J/（Kg•℃）
P水=0.5MpaT进水=20℃
柴油：ρ柴油=（820～950）g/m3C柴油=10000～11000J/（Kg•℃）
P柴油=1.3MpaT柴油=260℃
根据公式（1）、（2）及以上数据计算得：
温度T0=（178.7～191.2）℃
循环水汽化温度（140～150）℃
通过计算，证实了存在以上问题，确实是由于设计不合理造成循环水汽化，造成机封冷却效果不好，严重致使机封失效泄漏，造成火灾事故。
2.4油泵P204A/B自冲洗系统循环水汽化合理的使用了高位能
油泵P204A/B将低温热源的热量品位提高，需要消耗一定的高品位能量，因此，油泵P204A/B的能量消耗是一个重要的技术经济指标。油泵P204A/B供热系统用高位能W推动一台动力机，然后再由动力机来驱动工作机（如制冷压缩机）运转，工作机像泵的作用一样从低温热源（如水）汲取热量Qe，并把Qe的温度提高，系统供出的热量Qh=Qe+W，用油泵P204A/B的制热性能系数β来衡量热泵的能量效率，即
β=Qh/W=（Qe+W）/W=Qe/W+1（3）
式（3）说明了，油泵P204A/B的制热性能系数β永远大于1。因此，用油泵P204A/B供热比用热泵驱动能源直接供热要节约高品位能。
3改造方案
通过以上计算可看出循环水温度达到并超过了汽化温度，建议更换循环水进水线的针型阀为球阀，增大进口循环水量，提高冷却效果；在冲洗油管线上安装DN15mm的限流阀，保证最小冲洗油流量的情况下来控制温度。经征得该泵生产厂家对上述方案认可后对80万吨/年加氢裂化装置P204A/B的冲洗油系统进行改造。
经过改造后，P204A/B的冲洗油系统的冷却水温度恢复正常，冷却器外表温度正常，冲洗油冷后温度正常（≤80℃），该泵运行情况良好。
4建议
通过P204整改试用成功，建议对80万吨/年加氢裂化装置的P202（汽提塔底泵）、P210（轻柴油侧线汽提塔C203底抽出泵）统一按上述方案进行整改，确保机泵正常工作，装置平稳运行的同时提高产品效率。
5经济性分析
5.1改造前运行状况
1）由于温度过高，冲洗油线接头经常出现冒烟、滴漏现象；
2）机封、泵体大盖处经常出现轻微泄漏，严重时机封失效，导致泵不能正常运行；
3）油冷却器温度过高严重影响其使用寿命，严重时内部泄漏；
4）严重影响循环水系统，回水视窗泄漏，增加了泵的切换频率。
5.2改造后运行状况
单泵在经过改造之后连续运行超过半年，之前所存在的安全隐患状况都不在出现，大大减少了材料的损坏及人力的消耗，为我厂创造更高的经济效益，真正做到了“经济化”。
通过对80万/年加氢裂化装置重柴油泵P204A/B自冲洗系统循环水汽化的原因进行分析，并实施可行的整改方案，最终解决自冲洗系统冷却器冷却水被汽化产生气阻的现象，减少机泵机械密封损坏的隐患，确保装置平稳运行，提高产品效率。
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