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(延長(zhǎng)石油 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406)

延安石油化工廠240萬(wàn)t/a柴油加氫精制裝置于2014-08-26一次試車(chē)成功，生產(chǎn)出了符合國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的柴油產(chǎn)品。

該裝置精制柴油泵P-203A/B將合格的精制柴油從塔底抽出并升壓，為產(chǎn)品后續(xù)冷卻降溫、外送提供動(dòng)力[1]。由于初始設(shè)計(jì)所采用的介質(zhì)密度、邊界外送壓力等數(shù)據(jù)均偏高，導(dǎo)致泵揚(yáng)程偏大，在投入運(yùn)行1個(gè)月后發(fā)生了泄漏，臨時(shí)采取的更換機(jī)械密封措施，未能有效控制泄漏情況，對(duì)整個(gè)裝置的正常運(yùn)行帶來(lái)了不確定的安全隱患。文中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的整改。

1 精制柴油泵P-203A/B參數(shù)

該泵額定點(diǎn)原參數(shù)：密度606 kg/m3，進(jìn)口壓力0.15 MPa，出口壓力2.3 MPa，體積流量520 m3/h，揚(yáng)程362 m，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程483 m，首級(jí)葉輪外徑262 mm，次、末級(jí)葉輪外徑均為363 mm，共3級(jí)葉輪。

精制柴油泵及后路流程見(jiàn)圖1。

圖1 精制柴油泵及后路流程示圖

2 精制柴油泵P-203A/B應(yīng)用中存在問(wèn)題

2.1 后路靜設(shè)備超壓

精制柴油泵的理論關(guān)死點(diǎn)壓力可以按照下式進(jìn)行計(jì)算[2]：

Δp=ρgH

(1)

式中，Δp為進(jìn)、出口壓差，Pa；ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 N/kg；H為揚(yáng)程，m。

將示例中ρ=606 kg/m3、g=9.8 N/kg、H=483 m帶入式(1)計(jì)算得出Δp=2 868 440.4 Pa≈2.87 MPa。

已知進(jìn)口壓力為0.15 MPa，則關(guān)死點(diǎn)壓力為3.02 MPa(2.87 MPa +0.15 MPa)。實(shí)際操作中，由于泵進(jìn)口壓力、溫度的波動(dòng)，實(shí)際關(guān)死點(diǎn)壓力可達(dá)3.1 MPa，而該泵后路的精制柴油與分餾塔進(jìn)料熱交換器(E-205)等靜設(shè)備設(shè)計(jì)壓力均為3.0 MPa。因此，在調(diào)整加工量的過(guò)程中，多次發(fā)生熱交換器管箱墊及疊加法蘭處泄漏甚至著火事故。

2.2 能耗較大

在體積流量一定的情況下，揚(yáng)程越高，離心泵的輸出功率越高[3]。

精制柴油產(chǎn)品出裝置的邊界壓力按1.2 MPa設(shè)計(jì)，而實(shí)際操作的邊界區(qū)壓力為0.6 MPa，揚(yáng)程富余較多，需要將各閥開(kāi)度調(diào)到很小來(lái)控制壓力，將壓降平均分配在管路和靜設(shè)備上。因此，造成很大一部分電能被損耗于節(jié)流上，增大了能耗。

2.3 對(duì)閥門(mén)損傷較大

為了消除泵富余的性能及降低后路靜設(shè)備壓力，改造前的做法是大幅關(guān)小泵出口閥。但是將泵出口閘閥做節(jié)流閥使用時(shí)，閥板開(kāi)啟高度僅為10%左右，閘閥開(kāi)度過(guò)小，閥門(mén)極易產(chǎn)生閃蒸和汽蝕，損傷閥門(mén)密封面[4]。

當(dāng)機(jī)泵故障時(shí)，閥門(mén)關(guān)不嚴(yán)，介質(zhì)排放不盡，檢修時(shí)存在安全隱患。閥門(mén)內(nèi)漏嚴(yán)重時(shí)，設(shè)備無(wú)法切出進(jìn)行檢修達(dá)到備用狀態(tài)，影響裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 改造方案選擇

3.1 增設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)用于交流異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速[5]，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)化、過(guò)載能力強(qiáng)、機(jī)泵起動(dòng)電流大幅度降低(額定電流內(nèi))以及實(shí)行軟起動(dòng)后可緩解對(duì)電網(wǎng)的沖擊。變頻調(diào)速系統(tǒng)缺點(diǎn)：①當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。②異步電機(jī)在轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的3次方成比例減小，致使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出，甚至?xí)龤щ姍C(jī)軸承[6]。③轉(zhuǎn)速的降低會(huì)使機(jī)械密封腔中的泵送環(huán)轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致白油循環(huán)冷卻機(jī)械密封的效果下降，將影響機(jī)械密封的使用壽命，甚至?xí)驘嵊托孤┒鸹馂?zāi)等安全事故。因此，增設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)不利于機(jī)泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.2 切割葉輪

按照原始設(shè)計(jì)要求，關(guān)死點(diǎn)壓力為額定壓力的1.2倍，即2.8 MPa?？紤]到首次改造需要留有一定余量，此處將關(guān)死點(diǎn)壓力定為2.85 MPa進(jìn)行計(jì)算。

由式(1)可計(jì)算出該泵在2.85 MPa壓力下的揚(yáng)程為455 m(下降了28 m)。揚(yáng)程曲線(xiàn)是隨葉輪外徑改變而上下平移[7]，則額定揚(yáng)程下降為334 m。以盡可能不改變額定流量為指導(dǎo)原則，選擇通過(guò)切割葉輪來(lái)降低泵的額定揚(yáng)程。根據(jù)葉輪切割定律計(jì)算得出切割之后的葉輪外徑分別為 253 mm、350 mm、350 mm。

2015-07，按此數(shù)據(jù)對(duì)精制柴油泵P-203B葉輪進(jìn)行切割改造[8]，改造前后各項(xiàng)對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 P-203B改造前后加工量300 t/h時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)P-203B泵葉輪切割改造后1 a多的運(yùn)行情況可知，此次改造后基本消除了泵后路靜設(shè)備超壓的風(fēng)險(xiǎn)，但是依舊存在2個(gè)問(wèn)題：①關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程過(guò)于接近靜設(shè)備設(shè)計(jì)壓力，且E-205原泄漏點(diǎn)是薄弱環(huán)節(jié)，在低流量操作的情況下仍然發(fā)生過(guò)熱交換器憋壓導(dǎo)致密封面冒煙的情況。②仍需將泵出口閘閥做節(jié)流閥使用，對(duì)閥門(mén)的損傷依然嚴(yán)重。因此，該改造方案非最佳選擇。

3.3 拆一級(jí)葉輪

多級(jí)泵的揚(yáng)程為每一級(jí)葉輪揚(yáng)程疊加而成[9]。經(jīng)過(guò)核算可知，去掉P-203A泵次級(jí)葉輪后，該泵額定揚(yáng)程降至217 m，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程為292 m，額定壓力1.45 MPa，關(guān)死點(diǎn)壓力1.88 MPa，理論上能夠滿(mǎn)足壓降及邊界外送的要求。2017年大修時(shí)，按此優(yōu)化后的方案拆掉精制柴油泵P-203A的次級(jí)葉輪，測(cè)得的改造前后各項(xiàng)對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 P-203A改造前后加工量300 t/h時(shí)柴油泵各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比

P-203A泵改造之后，能夠保證泵出口閘閥全開(kāi)，完全由后路調(diào)節(jié)閥控制流量，并且關(guān)死點(diǎn)壓力遠(yuǎn)低于后路靜設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，截止目前未出現(xiàn)過(guò)憋壓泄漏的情況，由此可以判定此項(xiàng)改造方案為最優(yōu)的方案。

4 節(jié)能改造效益分析

去掉精制柴油泵次級(jí)葉輪的改造方法完全符合實(shí)際生產(chǎn)及安全的需求，在降低耗電量的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。

泵功率計(jì)算見(jiàn)下式[10]：

(2)

式中，U為電壓，V；I為電流，A； cosφ為功率因數(shù)，cosφ=0.88。

將U=10 000 V、I=10 A(電流較改造前降低了10 A)、cosφ=0.88帶入式(2)可以得到節(jié)約功率152.4 kW。按每年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，每年可節(jié)電121.9萬(wàn)kW·h。以用電0.68元/(kW·h)計(jì)算，全年可節(jié)約用電成本約為83萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

P-203A泵通過(guò)拆一級(jí)葉輪的方案改造后，于2017-11再次投入運(yùn)行，至今再未發(fā)生過(guò)泵后路熱交換器泄漏的情況，徹底消除了安全隱患。改造后泵出口閘閥全開(kāi)，不再做節(jié)流閥使用，閥門(mén)密封面受損的風(fēng)險(xiǎn)降到了最低，由此提高了閥門(mén)的使用壽命，同時(shí)也降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。