趙大偉，任林松

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干式真空泵分液罐排液操作研究

趙大偉，任林松

（中國石油撫順石化公司 洗滌劑化工廠， 遼寧 撫順 113001）

從本質(zhì)安全的角度出發(fā)，探討改進(jìn)干式真空泵分液罐排液操作，是防止干式真空泵進(jìn)入液體而造成聯(lián)鎖停車和損壞機(jī)械部件的重要課題。研究表明，根據(jù)現(xiàn)場管線布局測量數(shù)據(jù)，通過體靜力學(xué)基本方程式推算，利用原蒸汽噴射泵的0#分液罐可以實(shí)現(xiàn)干式真空泵分液罐排液操作由間歇排液操作更改為連續(xù)排液操作。最后，編寫了干式真空泵分液罐連續(xù)排液的實(shí)施過程，同時(shí)，列舉了機(jī)械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)改進(jìn)增加了機(jī)械抽真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，最終從本質(zhì)安全的角度達(dá)到了保護(hù)干式真空泵的目的。

干式真空泵；分液罐排液；流體靜力學(xué)基本方程式

C10～C13直鏈烷基苯原料化工廠的烷基化裝置是以氫氟酸作催化劑，將苯和直鏈烯烴進(jìn)行烷基化反應(yīng)，生成直鏈烷基苯。當(dāng)烷基化反應(yīng)完成后，烷基化反應(yīng)器內(nèi)物料組成為：HF酸、直鏈烷基苯、苯、烷烴、驅(qū)油用烷基苯。首先，在酸區(qū)系統(tǒng)中分離出HF酸；然后，物料進(jìn)入脫苯塔分離出苯；接著，物料進(jìn)入脫烷烴塔，分離出烷烴再送去脫氫裝置參與脫氫反應(yīng)；最后，物料進(jìn)入烷基苯再蒸餾塔，分離出直鏈烷基苯和驅(qū)油用烷基苯。

其中，脫烷烴塔和烷基苯再蒸餾塔屬于負(fù)壓塔，它們的操作壓力分別為絕對壓力6.0 kPa和絕對壓力1.0 kPa。所以，需要抽真空系統(tǒng)給脫烷烴塔和烷基苯再蒸餾塔提供真空環(huán)境［1］。

因此，本文利用流體靜力學(xué)基本方程式，從理論計(jì)算的角度出發(fā)，分析實(shí)現(xiàn)機(jī)械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的可行性，并敘述推算過程。同時(shí)，列舉了增加機(jī)械抽真空系統(tǒng)連續(xù)排液分液罐的優(yōu)點(diǎn)，以及描述實(shí)施過程。這項(xiàng)改進(jìn)增加了機(jī)械抽真空系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，最終達(dá)到了保護(hù)干式真空泵的目的，從而使烷基苯裝置實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全、長周期運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 歷史背景

為了烷基苯裝置的節(jié)能降耗，于2010年由蒸汽噴射泵改造為干式真空泵。

在裝置正常運(yùn)行期間，當(dāng)脫烷烴塔的負(fù)壓表故障時(shí)，造成脫烷烴塔操作壓力過低（低于絕對壓力4.8 kPa以下）時(shí)，導(dǎo)致脫烷烴塔頂物料（C10～C13的烷烴）揮發(fā)至烷烴蒸汽；烷烴蒸汽經(jīng)過水冷換熱器冷卻至液體而進(jìn)入分液罐內(nèi)；當(dāng)分液罐液位超高時(shí)，烷烴就會(huì)通過干式真空泵入口管線進(jìn)入干式真空泵體內(nèi)，最后導(dǎo)致干式真空泵過載停車。

干式真空泵分液罐液位計(jì)的原始設(shè)計(jì)是采用壓差式液位計(jì)測量液位。由于干式分液罐處于負(fù)壓操作狀態(tài)，造成壓差式液位計(jì)采用的隔離液非常容易泄漏，導(dǎo)致干式分液罐的液位計(jì)故障率非常高?？梢姡绻鸇CS操作員未能準(zhǔn)確判斷出真空壓力表故障，同時(shí)無法準(zhǔn)確監(jiān)控分液罐液位真實(shí)值，從而導(dǎo)致干式真空泵過載停車的次數(shù)過多。

同時(shí)，一旦干式真空泵帶液過載情況發(fā)生時(shí)，就需要對干式真空泵入口管線和分液罐進(jìn)行排液，排液時(shí)長約4 h，直到裝置恢復(fù)正常生產(chǎn)約用6 h。如果排液操作處理不當(dāng)，造成耦合增壓器機(jī)械故障，以及干泵聯(lián)軸器脫軸而損壞干式真空泵機(jī)械部件。

1.2 裝置實(shí)際狀況

目前，由于機(jī)械抽真空系統(tǒng)的分液罐容量較小（分液罐的公稱容積為3.1 m3，其中1#分液罐為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐，2#分液罐為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐），同時(shí)，對不凝氣帶液的處理能力較小，當(dāng)夾帶的液體過多時(shí)，造成干式真空泵聯(lián)鎖停車。同時(shí)，處理干式真空泵帶液的時(shí)間較長，而且操作步驟繁瑣、工作量大。

為了增加機(jī)械抽真空系統(tǒng)處理帶液的緩沖能力，避免干式真空泵聯(lián)鎖停車，研究討論投用原蒸汽噴射泵的0#分液罐，實(shí)現(xiàn)分液罐不用隔離而連續(xù)排液操作。

2 可行性分析

2.1 理論基礎(chǔ)

理論數(shù)據(jù)：1個(gè)大氣壓強(qiáng)相當(dāng)于10 m水高度的壓強(qiáng)（以水的密度為1 t/m3計(jì)算）［2］。

以絕對零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)，稱為絕對壓強(qiáng)。根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式需要用的參數(shù)，匯總的壓力參數(shù)見表1。

表1 烷基化裝置分餾塔需要的真空環(huán)境匯總表

因此，水冷卻器相對于的高度必須大于10 m，才能保證在E-2251冷卻器處于絕對壓強(qiáng)1 kPa時(shí)，0#分液罐中的水不會(huì)進(jìn)入冷卻器中。也就是說，如果0#分液罐中裝載水，則0#分液罐罐可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)切水，同時(shí)不會(huì)影響真空系統(tǒng)負(fù)壓。但是，當(dāng)真空系統(tǒng)更改為機(jī)械抽真空后，0#分液罐罐將裝載油。因此，如果真空系統(tǒng)水冷卻器相對于的垂直距離足夠大，將實(shí)現(xiàn)0#分液罐連續(xù)排油而不會(huì)影響真空系統(tǒng)正常負(fù)壓運(yùn)行。

2.2 推算水冷卻器相對于分液罐的高度

根據(jù)脫烷烴塔頂物料組成，確定脫烷烴塔蒸發(fā)的物料是烷烴（通過質(zhì)檢分析真空系統(tǒng)分液罐內(nèi)液體可知是C11～14烷烴）。查找工具書得到對應(yīng)的物料參數(shù)，見表2

表2 C10～13烷烴的物理參數(shù)匯總表［3］

由表2可知，烷烴的密度隨著碳數(shù)增加而增加，隨著溫度的升高而降低［4］。同時(shí)，表2中苯的密度最高，C10烷烴的密度最小。

已知，由于緩沖罐中的物料是混合物，混合物的密度一定大于C10烷烴的密度。

根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式［2］：

其中：—0#分液罐罐壓強(qiáng)，kPa；

已知火炬系統(tǒng)壓強(qiáng)為110 kPa（絕壓），則0#分液罐罐內(nèi)壓強(qiáng)為110 kPa（絕壓）（表3）。

表3 流體靜力學(xué)基本方程式需要的數(shù)據(jù)表

得到保證冷卻器中壓強(qiáng)符合要求的垂直距離

由表4和表5可知，使用密度最小的數(shù)據(jù)，得出的理論高度是15.5 m，低于實(shí)際測量高度16 m。

表4 烷基苯再蒸餾塔的垂直距離表

表5 脫烷烴塔的垂直距離表

可知，在0#分液罐處于火炬系統(tǒng)壓力的情況下，0#分液罐內(nèi)的烷烴無法通過水冷卻器相對于管線進(jìn)入真空系統(tǒng)冷卻器內(nèi)。

因此，從理論計(jì)算角度出發(fā)，裝置實(shí)際管線布局可以實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)分液罐連續(xù)排液操作。

如果實(shí)現(xiàn)干式真空泵分液罐連續(xù)排液操作，一是保護(hù)干式真空泵；二是，由于0#分液罐液位計(jì)采用浮筒式液位計(jì)，能夠準(zhǔn)確指示罐內(nèi)真實(shí)液位；三是，0#分液罐屬于閑置設(shè)備，也就是說不用投入資金，就能實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 實(shí)施過程

3.1 投用操作總體思路

0#分液罐可以同時(shí)作為脫烷烴和烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐，也可以單獨(dú)作為單個(gè)塔的真空系統(tǒng)的分液罐。鑒于烷基化裝置的平穩(wěn)操作的安全性和實(shí)用性，建議采用下面兩種狀況分別投用0#分液罐分液罐。簡而言之，在正常生產(chǎn)時(shí)，0#分液罐作為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐；在烷基化裝置開工時(shí)，0#分液罐作為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐。

3.2 裝置正常生產(chǎn)時(shí)的投用方法

（1）由于脫烷烴塔內(nèi)物料的沸點(diǎn)低于烷基苯再蒸餾內(nèi)的物料的沸點(diǎn)，所以脫烷烴塔頂物料蒸發(fā)至真空系統(tǒng)的概率遠(yuǎn)大于烷基苯再蒸餾塔。因此，在正常生產(chǎn)狀況下，使0#分液罐作為脫烷烴塔真空系統(tǒng)分液罐，增加脫烷烴塔真空系統(tǒng)對真空系統(tǒng)帶液風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力。

（2）投用方案：在烷基化裝置正常生產(chǎn)時(shí)，需要開0#分液罐閥1（閥號(hào)見圖2標(biāo)注），關(guān)閉閥2（使0#分液罐處于負(fù)壓狀態(tài)，罐的壓力與脫烷烴塔壓力等同）。當(dāng)脫烷烴塔頂部有物料蒸發(fā)時(shí)，通過不凝氣管線進(jìn)入循環(huán)水冷卻器。在循環(huán)水冷卻器內(nèi)氣相物料冷凝至液體，通過水冷卻器相對于流至0#分液罐內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)0#分液罐內(nèi)物料聚集到一定液位時(shí)，現(xiàn)場浮筒液位計(jì)傳送至DCS控制室顯示，DCS操作員根據(jù)液位指示，監(jiān)控真空系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

3.3 裝置開車操作時(shí)的投用方法

（1）在烷基化裝置開工狀況，烷基苯再蒸餾塔建立單塔循環(huán)時(shí)，塔頂物料容易蒸發(fā)至真空系統(tǒng)。因此，在裝置開工時(shí)，使0#分液罐作為烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)分液罐，增加烷基苯再蒸餾塔真空系統(tǒng)對帶液的抵抗能力。

（2）投用方案：在烷基苯再蒸餾塔建立單塔循環(huán)時(shí)，需要開0#分液罐閥3（閥號(hào)見圖1標(biāo)注），關(guān)閉閥4（使0#分液罐處于負(fù)壓狀態(tài)，罐的壓力與再蒸餾塔壓力等同）。當(dāng)烷基苯再蒸餾塔頂部有物料蒸發(fā)時(shí)，通過不凝氣管線進(jìn)入循環(huán)水冷卻器。在水冷卻器內(nèi)氣相物料冷凝至液體，通過水冷卻器相對于流至0#分液罐內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)0#分液罐內(nèi)物料聚集到一定液位時(shí)，現(xiàn)場浮筒液位計(jì)信號(hào)傳送至DCS控制室顯示，DCS操作員根據(jù)液位指示，監(jiān)控真空系統(tǒng)運(yùn)行狀況。具體見圖1。

圖1 機(jī)械抽真空系統(tǒng)簡易流程圖

4 結(jié) 論

烷基化裝置機(jī)械抽真空系統(tǒng)帶液情況頻繁發(fā)生，造成真空系統(tǒng)分液罐液位超高，導(dǎo)致物料進(jìn)入干式真空泵內(nèi)以至于聯(lián)鎖停車。由于分液罐容量較小，只要抽真空系統(tǒng)帶液，就會(huì)造成分液罐液位超高。同時(shí)，由于分液罐處于負(fù)壓操作狀態(tài)，所以分液罐只能間歇排液操作。因此，當(dāng)出現(xiàn)真空系統(tǒng)帶液時(shí)，會(huì)造成干式真空泵過載而停車。通過加強(qiáng)監(jiān)控管理，一方面加強(qiáng)培訓(xùn)DCS操作員對裝置異常情況的判斷能力，避免真空系統(tǒng)帶液；另一方面，從設(shè)備實(shí)施上，優(yōu)化裝置工藝流程，從本質(zhì)安全的角度改進(jìn)工藝流程，避免裝置波動(dòng)。

通過這項(xiàng)技術(shù)改造和加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)，我們能夠有效地避免分液罐帶液以及保護(hù)干式真空泵。因此，該項(xiàng)工藝改造能夠增加機(jī)械抽真空系統(tǒng)的抗波動(dòng)能力，對同樣使用干式真空泵的裝置，同時(shí)需要連續(xù)排液操作的裝置具有較好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 烷基化裝置操作規(guī)程[R].

［3］ 夏清, 陳常貴. 化工原理[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社, 2005.

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［4］ 徐壽昌. 有機(jī)化學(xué)[M].第二版. 北京: 高等教育出版社, 1993-04（2001重印)

Research on Liquid Drainage Operation of Liquid Separating Tank of Dry Vacuum Pump

，

（Fushun petrochemical company detergent chemical plant, Liaoning Fushun 113001，China）

Improvements of liquid drainage operation of liquid separating tank of dry vacuum pump were discussed from the perspective of inherent safety to prevent the liquid from entering the dry vacuum pump to cause the liquid interlocking parking and mechanical component damage. According to the field measurement data of pipeline layout, the result calculated by basic equation shows that using the steam jet pump 0#liquid separating tank can realize the continuous drainage operation of dry vacuum pump liquid separating tank. Finally, the implementation process of the dry vacuum pump liquid separating tank continuous drainage operation was compiled, and advantages of the mechanical vacuum system continuous drainage operation were listed. The improvement increased the mechanical safety and stability of the vacuum system, and achieved the purpose of protecting dry vacuum pump.

dry vacuum pump; drainage of tank; basic equations of the hydrostatics

TQ 052

A

1671-0460（2016）09-2153-04

2016-08-06

趙大偉（1981-），男，遼寧撫順人，工程師，2004 年畢業(yè)于承德石油高等?？茖W(xué)校精細(xì)化工專業(yè)，主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作，已發(fā)表文章多篇。E-mail：zdw_xh@petrochina.com.cn。