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        液力透平在加氫裂化裝置中的應(yīng)用

        2020-03-20 01:01:34畢錦明中國石化海南煉油化工有限公司海南洋浦578101
        化工管理 2020年3期
        關(guān)鍵詞:加氫裂化液力分離器

        畢錦明(中國石化海南煉油化工有限公司,海南 洋浦578101)

        中國石化海南煉油化工有限公司(下稱海南煉化)在2006年9月建成投產(chǎn)的120萬噸/年加氫裂化裝置,其熱高壓分離器內(nèi)部壓力為14.3MPa,溫度為245℃。為了將反應(yīng)產(chǎn)物從熱高壓分離器到熱低壓分離器的能量回收,減少裝置的能源浪費(fèi),反應(yīng)進(jìn)料泵采用了液力透平和電機(jī)共同驅(qū)動的方案。在額定工況下,液力透平所節(jié)約能耗約為電機(jī)功耗的1/4,節(jié)能效果顯著。

        1 液力透平的工作原理及應(yīng)用

        透平是將流體工質(zhì)中蘊(yùn)含的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器,又稱渦輪或渦輪機(jī)。透平機(jī)械的工質(zhì)可以是氣體,也可以是液體。以液體為工質(zhì)的透平稱為液力透平。石化企業(yè)如煉油廠的裝置中,只要存在高壓差并含有一定流量的工藝過程,基本上都可以采用液力透平回收功率,諸如:高壓管線回流到低壓儲罐的側(cè)線可以設(shè)置液力透平回收能量。加氫裂化、渣油加氫、加氫精制裝置高壓分離器的物流至低壓分離器過程,就可以設(shè)置液力透平回收功率,并和電動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動進(jìn)料泵。

        2 液力透平的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        液力透平的主要技術(shù)參數(shù)和反應(yīng)進(jìn)料泵組的布置方式分別見表1和圖1。

        表1 液力透平的主要技術(shù)參數(shù)

        圖1 泵組的布置方式

        2.1 泵組的布置方式

        海南煉化120 萬噸/年加氫裂化裝置反應(yīng)進(jìn)料泵主要包括反應(yīng)進(jìn)料泵、電機(jī)和液力透平。其中電機(jī)按額定功率選用,在電機(jī)和液力透平之間布置有超速離合器(見圖1),這樣保證了在液力透平?jīng)]有投用或維修時,不影響反應(yīng)進(jìn)料泵的正常運(yùn)行。液力透平和反應(yīng)進(jìn)料泵分別位于電機(jī)的兩側(cè)端。采用這種布置方式有以下優(yōu)點(diǎn):

        (1)檢修和維護(hù)非常方便,尤其是抽芯作業(yè);

        (2)液力透平為低轉(zhuǎn)速透平,工作轉(zhuǎn)速為2980rpm,有利于機(jī)械密封的安穩(wěn)長運(yùn)行。

        2.2 液力透平的結(jié)構(gòu)

        海南煉化加氫裂化裝置采用筒形多級液力透平,API610 BB5結(jié)構(gòu)。內(nèi)殼體為水平剖分結(jié)構(gòu),外殼體為徑向剖分的筒形結(jié)構(gòu),并且外殼體上只設(shè)有進(jìn)口、出口和平衡管線。內(nèi)殼體承受中間段出口壓力和總的出口壓力的差壓,外殼體承受出口與外部的差壓。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:

        (1)裝有多級轉(zhuǎn)子的內(nèi)殼體采用水平剖分的雙蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計,這樣就可以使葉輪背靠背布置,能夠平衡自身的軸向力。而且當(dāng)液力透平檢修維護(hù)時,其拆裝較為方便,整個轉(zhuǎn)子可以一起裝入或取出,所有工況下能保證動平衡精度。

        (2)葉輪、軸等部件組成液力透平的轉(zhuǎn)子,其可以直接作為一個整體裝入或取出筒體,這對于現(xiàn)場的檢修維護(hù),動靜配合間隙的檢測等都非常方便。

        2.3 液力透平的機(jī)械密封

        液力透平的介質(zhì)為熱高分油,其壓力大、溫度高、而且較臟,機(jī)械密封在這種工況下運(yùn)行時壽命較短。為了延長機(jī)械密封使用壽命,液力透平采用了API682標(biāo)準(zhǔn)中的Plan53B+Plan62密封沖洗方案,Plan53B 方案為外部的管道系統(tǒng)為雙端面密封外側(cè)密封提供隔離液,預(yù)先加壓的氣囊式蓄能器為循環(huán)系統(tǒng)提供壓力,隔離液由密封處泵送環(huán)提供循環(huán)動力,能有效防止介質(zhì)的泄漏。Plan62方案為外部管道為密封面提供吹掃蒸汽,用于沖走密封端面附近不想要的物質(zhì)(如腐蝕性或含鹽工況)。

        3 液力透平的原則流程、熱高分液位控制及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

        3.1 液力透平的原則流程

        壓力為14.2MPa的熱高分油,需要從熱高分底部流出,熱高分油進(jìn)入液力透平后將大部分壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能后降壓為2.4MPa,再從液力透平出口進(jìn)入熱低分。同時熱高分油也可以通過設(shè)置在流程上的兩個高壓角閥直接進(jìn)入熱低分。

        3.2 熱高分液位控制

        熱高分(D103)液位控制示意圖見圖2。熱高分共設(shè)有三套液位指示表,其中1401LI1201 可以作為液位控制表選擇,1401LI1202 和1401LI1203 作為聯(lián)鎖信號表選擇。用一個液位信號選擇器從1401LHS1201 和1401FHS1201 中選擇一個表作為控制信號,通過1401LU1201 把輸出信號經(jīng)閥門選擇器1401LHS1201 或 1401FHS1201 送 到 閥 門 1401LV1201A、1401LV1201B 或1401FV1202 上,來調(diào)節(jié)熱高分的液位。在液力透平事故狀態(tài)下,可以手動或者自動切換到1401LV1201A、1401LV1201B,繼續(xù)控制熱高分的液位在平穩(wěn)狀態(tài)。兩個液控閥門正常投用一個,另外一個作為備用。當(dāng)液力透平投用時,1401FV1202 應(yīng)給手動,避免進(jìn)料泵波動較大。下圖為熱高分液位控制圖:

        3.3 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

        為了保證液力透平安全平穩(wěn)的運(yùn)行,在液力透平本身和系統(tǒng)設(shè)置了安全聯(lián)鎖系統(tǒng),設(shè)置和功能如下:

        (1)當(dāng)熱高分液位達(dá)到低低(10%)聯(lián)鎖時,自動關(guān)閉液力透平入口切斷閥及熱高分出口切斷閥,在熱高分液位未正常時,不允許再啟動液力透平;

        (2)當(dāng)反應(yīng)進(jìn)料泵停泵時,自動關(guān)閉液力透平入口切斷閥,液力透平停運(yùn);

        (3)中控室按下關(guān)液力透平入口切斷閥按鈕,液力透平入口切斷閥自動關(guān)閉,液力透平停運(yùn);

        (4)液力透平超速達(dá)到3100rpm時,超速離合器自動脫離,同時自動關(guān)閉液力透平入口切斷閥,液力透平停運(yùn);

        (5)當(dāng)循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)時,自動關(guān)閉液力透平入口切斷閥,液力透平停運(yùn);

        4 液力透平的節(jié)能效果

        液力透平的功率計算公式:NR=(Qt·Ht·ρ·η)/(102·3600)

        式中:NR—液力透平在設(shè)計條件下每小時所能回收的功率,kW;Qt—進(jìn)入液力透平的流量,m3/h;Ht—通過液力透平的揚(yáng)程降,m;ρ—液體的密度,kg/m3;η—液力透平的效率,%。

        本裝置一共有兩臺反應(yīng)進(jìn)料泵,一臺由液力透平和電機(jī)共同驅(qū)動,另一臺只由電機(jī)驅(qū)動。兩者每年運(yùn)行時間都按8000h,當(dāng)?shù)毓I(yè)電費(fèi)0.6元/度。只由電機(jī)驅(qū)動的反應(yīng)進(jìn)料泵,軸功率1889kW,其電耗為1.5×107kW/h,一年電費(fèi)約900萬元。

        根據(jù)表1可知液力透平在設(shè)計條件下每小時所能回收的功率NR為627.8kW,其節(jié)省電為5×106kW/h,一年節(jié)省電費(fèi)約300萬元。

        綜上所述,液力透平的投用對裝置節(jié)能降耗、減少生產(chǎn)運(yùn)營成本有顯著的效果。

        5 結(jié)語

        液力透平是一種具有長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益的節(jié)能設(shè)備,其安穩(wěn)長運(yùn)行對降低裝置綜合能耗具有重要作用。海南煉化加氫裂化裝置反應(yīng)進(jìn)料泵采用液力透平和電機(jī)共同驅(qū)動后,節(jié)能效果顯著,為裝置的長周期運(yùn)營降低了成本。但是,也有一些問題在液力透平的實(shí)際使用過程中出現(xiàn),如機(jī)械密封泄漏等。這就需要后續(xù)不斷地研究解決,從而實(shí)現(xiàn)液力透平的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

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