張睿(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

隨著“碳達峰碳中和”頂層設(shè)計文件的出臺實施，各領(lǐng)域、各行業(yè)積極做出響應，加快制定完善政策體系。作為石油化工高能耗行業(yè)，認真落實“碳達峰碳中和”的部署要求，節(jié)能降耗、安全環(huán)保更是大勢所趨。從深挖裝置潛力，節(jié)能降耗的角度出發(fā)，重點梳理裝置內(nèi)機泵能耗大，性能曲線偏離額定點較多的設(shè)備。

制定改造措施，使機泵的實際運行參數(shù)更加接近優(yōu)先工作區(qū)，達到既節(jié)能又可延長機泵使用壽命的目的。本文以某裝置吸收塔中段回流泵葉輪改造為例，如實的記錄了從問題暴露，到方案篩選，再到改造實施，問題解決的整個過程。通過此次改造，筆者希望能夠為其他使用同類裝置的單位和部門提供實踐參考。

1 項目背景

50萬噸/年輕烴芳構(gòu)化裝置，吸收塔中段回流泵0254-P213A/B/C，原設(shè)計額定流量為488 m3/h,裝置正常平穩(wěn)運行期間，兩開一備。其中0254-P213A/B為屏蔽泵，0254-P213C為離心泵。在當前裝置實際負荷下，0254-T202中段抽出回流量為217 m3/h，9月份為166 m3/h，工藝流程如圖1所示。2020年12月裝置標定后發(fā)現(xiàn)，該泵不僅在低負荷工況時運行一臺機泵即可滿足工藝生產(chǎn)需求。在高負荷工況下運行一臺機泵，較設(shè)計額定流量仍偏低，實際運行流量雖在允許工作區(qū)間，但距優(yōu)先工作區(qū)域較遠，機泵選型參數(shù)過大，造成較大的能源浪費。

圖1 吸收塔中段回流泵流程圖

2 優(yōu)化措施

本次改造主要從兩個方面考慮：

(1)節(jié)能降耗。

(2)使機泵在盡量靠近額定點位置的最優(yōu)工況下運行。

通過改小機泵葉輪直徑的方式，降低機泵額定流量、揚程，從而達到降低機泵軸功率的目的。實現(xiàn)本次改造的方法考慮兩種：一種是重新制造泵體、葉輪及泵殼等部件，進行整體更換；另一種是采用切割葉輪的方法。

2.1 方案選擇

2.1.1 重新制造葉輪和泵體

如圖2機泵外形圖所示，泵廠按照當前實際工況重新設(shè)計制造新葉輪，為保證口環(huán)間隙，需要重新鑄造泵體。

圖2 吸收塔中段回流泵外形圖

由于泵體支撐的存在，在泵體鑄造過程中需要滿足：(1)新泵體支耳位置應與原支撐螺栓孔一致，保證新泵體能夠正?；匮b；(2)新泵體出口、入口管徑需與原管徑一致，否則出、入口管線需重新配管；(3)新泵體內(nèi)部流道需重新進行設(shè)計。經(jīng)與制造廠家多次進行方案討論。從制造成本、技術(shù)水平、施工周期等方面考慮，該方案可保留但非優(yōu)先考慮。

2.1.2 切割改造原葉輪

將機泵整體拆除返廠，對原葉輪導葉進行修復改造，整體拆除返廠可以在改造完成后，進行轉(zhuǎn)子動平衡、機泵水利性能等試驗，保證改造效果。改造實施前，按照泵廠提供的隨機資料我們對目標參數(shù)進行了理論計算，并對節(jié)能效果做出初步評估。原機泵額定點對應的揚程為52 m，對應流量為488 m3/h，設(shè)計葉輪直徑為440 mm，設(shè)計最小直徑為406 mm。由泵的相似定律，按照將葉輪直徑切割至設(shè)計最小直徑406 mm計算，在相似的運轉(zhuǎn)工況下，泵揚程之比與其葉輪外徑的平方成正比；流量之比與葉輪外徑三次方成正比；泵軸功率之比與葉輪外徑的五次方成正比。

計算后得：

切割后揚程H新=44.27 m

切割后流量Q新=383.36 m3/h

切割后泵軸功率P新=39.06 kW

經(jīng)過理論計算，可知該泵在進行葉輪切削改造后，額定流量可降至383.36 m3/h，同時工藝專業(yè)給出裝置最大負荷工況下，中段抽出返塔量為338 m3/h?？梢姍C泵進行改造后不僅在裝置低負荷工況下能夠達到節(jié)約電能的目的，同時也能夠滿足最大負荷工況，且抽出量越大越靠近機泵額定點，對機泵的長期穩(wěn)定運行越有利。改造施工過程，需要我方負責拆、裝機泵及電氣、儀表接線，將機泵裝車整體運至泵廠。制造廠只對機泵葉輪導葉進行改造，并進行相應性能試驗驗證改造效果。

2.1.3 方案確定

通過上述對比可以看出，重新制造方案需要重新設(shè)計制造葉輪、泵體，同時改造過程技術(shù)支持、人員及資金投入均較大。而切割葉輪方案改造過程施工難度小，用時短，資金投入少。綜合以上幾點考慮，最終確定選擇切割葉輪方案。

3 項目預期

項目建設(shè)預期目標：按照改造后理論計算，年可節(jié)約電費=(55-39.06)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈7.498萬元/年，預計投資回收時間：2個月收回投資費用。

4 實施過程

(1)設(shè)計：合肥新滬屏蔽泵有限公司承擔設(shè)計、改造施工及性能試驗。

(2)采辦：改造項目費用來源為日常檢維修費用，如表1所示。

表1 改造費用明細

(3)安裝施工：本次改造施工，由維保單位岳陽長煉機電工程技術(shù)有限公司動設(shè)備專業(yè)承擔，電氣、儀表專業(yè)配合。2021年10月14日機泵整體拆除返廠改造，2021年11月6日改造完成回裝，2021年11月12日正式投用。

(4)驗收：機泵改造后，在泵廠試驗臺測試性能試驗合格，并出具實驗報告。安裝完成投用，電機電流：96.5 A，功率：41.2 kW，功率因數(shù)：0.677，各項運行參數(shù)正常。

(5)機泵參數(shù)對比，如表2所示。

表2 機泵參數(shù)改造前后對比

(6)性能曲線對比，如圖3和圖4所示。

圖3 改造前泵性能曲線

圖4 改造后泵性能曲線

5 改造效益及效果

(1)項目投資執(zhí)行情況：項目投資主要為機泵葉輪切割、性能試驗、往返運費等。項目費用來源為設(shè)備日常檢維修費用，施工費用未額外增加，低于概算。

(2)效益預期實現(xiàn)情況：目前0254-P213B運行期間實時電機功率為41.2 kW，按照滿負荷運行工況計算，每年可節(jié)約電費(55-41.2)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈6.49萬元/年，接近預期。

(3)改造技術(shù)效果：安裝施工結(jié)束后，該泵于2021年11月12日正式投入運行，機泵投入運行后，電流由原110 A下降至96.5 A，軸功率由原55 kW降低至當前46.7 kW，機泵出口壓力3.1 MPa，目前機泵運行平穩(wěn)，軸承溫度、振動等各項參數(shù)滿足工藝操作要求。

6 結(jié)語

裝置建設(shè)期間部分轉(zhuǎn)動設(shè)備的理論設(shè)計選型，與正常生產(chǎn)中實際工況往往會存在偏離，機泵實際性能與工況不吻合的情況比較常見。造成這種情況的原因較多也比較復雜，機泵廠家在制造過程中的誤差；裝置開工后介質(zhì)組分的偏離等，都會對機泵的實際運行狀態(tài)產(chǎn)生影響。通過本次改造，我們積累了相關(guān)方面的經(jīng)驗，對如何在諸多解決問題方法中選擇最優(yōu)方案，在今后處理類似問題時有著重要的指導意義。同時，本次改造過程也為其他同類裝置類似問題的處理提供了實踐案例，具有推廣價值。