文/沈陽鼓風機集團股份有限公司 李玉紅 郝玉明 周新宇 賈瑩

1 問題描述

1.1 定義技術系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

問題所在的技術系統(tǒng)：乙烯裝置用急冷油泵。

該技術系統(tǒng)的功能為：保障急冷油泵的穩(wěn)定性運行。

實現(xiàn)該功能的約束有：裝置運行工況和性能不變的情況下調整模型設計、結構形式等方式保證其運行的穩(wěn)定性。

1.2 問題的背景

急冷油泵是乙烯裝置中的核心設備，運行不穩(wěn)定制約了急冷油泵的運行指標，對客戶造成了不良影響，影響了乙烯裝置用泵市場的占有率，而我國乙烯工業(yè)裝備的技術水平和生產能力相對較低，運行極其不穩(wěn)定，要提高乙烯產能，必須找到并解決對應問題，保障國家經濟安全不會受制于人，提高我國石化裝備的技術水平，促進我國石化行業(yè)在國際競爭中的發(fā)展壯大。

因此，解決急冷油泵的穩(wěn)定性運行迫在眉睫！

1.3 當前技術系統(tǒng)存在的問題

1）急冷油泵的作用: 將急冷油塔塔釜的急冷油采出并送往三個方向，其一是直接到乙烷爐的廢熱鍋爐出口急冷器，給乙烷爐的裂解氣降溫；其二是經稀釋蒸汽發(fā)生器回收熱量后，去乙烯爐的廢熱鍋爐出口急冷器，對乙烯爐的裂解氣進一步冷卻；其三是經稀釋蒸汽發(fā)生器回收熱量后，返回急冷油塔塔釜。

2）存在的問題：急冷油具有黏稠、含雜質和常溫冷凝特性，雜質顆粒最大10mm。正是由于介質這樣特點，造成關鍵部件磨損嚴重，泄露頻繁，振動大，噪聲大，運行及其不穩(wěn)定。

2 問題分析

2.1 系統(tǒng)功能分析

圖1為系統(tǒng)的功能圖，列出了系統(tǒng)各組件及相互作用。

圖1 系統(tǒng)功能模型圖

2.2 因果分析

圖2為因果分析圖，根據(jù)因果分析方法分析出產品問題的原因。

圖2 因果分析圖

圖4 隔舌形狀

3 問題分析

3.1 技術矛盾

3.1.1 根據(jù)因果分析方法，發(fā)現(xiàn)環(huán)形腔面積過小。

技術矛盾1：改善的參數(shù)：降低流速。

惡化的參數(shù)：增加了環(huán)形腔破壞的風險。

發(fā)明原理：通過查找因果分析鏈，得到四條發(fā)明原理——9、15、17、24。

運用20號原理“有效作用的連續(xù)性原理”，采用B方案，保證液體運行的連續(xù)性，見圖3。

3.1.2 根據(jù)因果分析，發(fā)現(xiàn)隔舌形狀不合理，隔舌處產生旋渦。

技術矛盾1：改善的參數(shù)：降低流速，減少振動。

惡化的參數(shù)：增加了鑄造的風險。

發(fā)明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到四條發(fā)明原理——5、6、11、20

運用5號原理“組合原理”，進行方案對比，采取最優(yōu)組合，改變對應水力結構，消除隔舌引起的振動，見圖4。

3.1.3 根據(jù)因果分析，發(fā)現(xiàn)葉輪入口沖角較大。

技術矛盾1：改善的參數(shù)：降低流速，減少噪音。

惡化的參數(shù)：增加了性能變化的風險。

發(fā)明原理：通過查找新的矛盾矩陣表，得到四條發(fā)明原理——11、12、15、19

圖5 葉輪入口沖角

圖6 打磨新型工具

運用12號原理“等勢原理”，進行方案對比，采取最優(yōu)組合，改變葉輪入口的形狀，見圖5。

3.1.4 根據(jù)因果分析，發(fā)現(xiàn)表面光潔度不達標。

技術矛盾1：改善的參數(shù)：增加效率，減少振動。

惡化的參數(shù)：加工難度。

發(fā)明原理：得到四條發(fā)明原理——1、32、35、23

運用1號原理“分割原理”，進行方案對比，增加精磨工序。

運用35號原理“物理和化學參數(shù)改變原理”，運用新型材料。

打磨主要分為機械打磨和特殊磨料流拋光處理兩道工序。粗加工后，用風動工具和鉗工工具對葉輪流道進行打磨，打磨完成后，再采用磨料流技術對葉輪流道進行再處理，提升光潔度等級，見圖6。

3.2 物理矛盾分析

3.2.1 問題入手點介質在動、靜環(huán)處形成堆積，為了減少介質在動靜處堆積引起的磨損，不影響泵性能的情況下，在口環(huán)間隙處設置了外沖洗，但是為了結構穩(wěn)定又需要保證對稱性，采用條件分離對應的發(fā)明原理24“借助中介物原理”設置了外沖洗，改善了堆積的現(xiàn)象，見表7和圖8。

圖8 沖洗孔布置圖

3.2.2 通過物理矛盾分析，材料耐磨性匹配，運用40號原理“復合材料原理”更改了口環(huán)材質，保證葉輪口環(huán)和殼體口環(huán)材料匹配。

3.3 物場分析

通過功能分析，得到物場模型如圖所示，得到了技術方案為9和10，提高了泵體載荷受力的均勻性和內部介質流動不穩(wěn)定性。

圖9 物場分析圖

4 方案評估

綜合考慮各種因素，對比方案評價表，在以下10種方案中優(yōu)選了7種方案，又結合企業(yè)自身條件，選用的最終解決方案見圖10，得到最終方案并按方案進行修整解決了問題?，F(xiàn)經過用戶現(xiàn)場運行表明該泵運行平穩(wěn)，主要技術指標滿足研發(fā)合同要求，達到了國際同類產品先進水平。

圖10 方案評估表

5 取得成果和效益

此方法的研制成功大大提高了泵運行的穩(wěn)定性，縮短了更換周期，提高了用戶的信譽度，提高了我國乙烯工業(yè)裝備的技術水平和生產能力，為對應產品的應用提供了保障，已申請發(fā)明專利一項，現(xiàn)已公布《乙烯裝置用急冷油泵》。推廣應用的相關專利有《乙烯裝置用急冷水泵》《烴循環(huán)泵和烷基化裝置》。