催化加氢装置沸腾泵的应用及国产化.pdf
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1、流 体 机 械2023 年 8 月100 第 51 卷第 8 期 收稿日期:2022-08-08 修稿日期:2023-01-18doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2023.08.015催化加氢装置沸腾泵的应用及国产化黄绍硕(中国石化中科(广东)炼化有限公司,广东湛江 524076)摘 要:针对沸腾泵选型困难的问题,比较了标准的机械密封离心泵、湿定子电机驱动的离心泵和屏蔽电机驱动的离心泵用作沸腾泵的优缺点,推荐优先选用湿定子电机驱动的离心泵或者屏蔽电机驱动的离心泵。为解决沸腾泵供货“卡脖子”问题,进行了国产湿定子电机驱动离心泵用作沸腾泵的尝试。样机在 200 万吨液相柴油
2、加氢装置中进行工业运行考核,取得了阶段性成功。针对运行考核中出现的性能不足、电流过大的问题,分析了原因并予以改进。改进后的泵再次进行考核,无故障连续平稳运行 5040h,基本能满足装置运行需求。关键词:沸腾床;催化加氢;沸腾泵;运行故障中图分类号:TH311 文献标志码:A Application and domestic practice of boiling pump in fluidized bed catalytic hydrogenation unitHUANGShaoshuo(SinopecZhongke(Guangdong)refiningandChemicalCo.,Ltd.,
3、Zhanjiang 524076,China)Abstract:Inviewofthedifficultyintypeselectionofboilingpump,theadvantagesanddisadvantagesofstandardcentrifugalpumpwithmechanicalseal,wetstatormotor-drivencentrifugalpumpandcannedmotor-drivencentrifugalpumpasboilingpumpwerecompared,anditwasrecommendedtopreferthecentrifugalpumpdr
4、ivenbywetstatormotororthecentrifugalpumpdrivenbycannedmotor.Inordertosolvetheproblemof“stuckneck”inthesupplyofboilingpumps,anattemptwasmadetousethedomesticwetstatormotor-drivencentrifugalpumpasaboilingpump.Theprototypewasevaluatedforindustrialoperationinthe2-million-tonliquid-phasedieselhydrogenatio
5、nunitandachievedphasedsuccess.Inviewoftheproblemsofinsufficientperformanceandexcessivecurrentintheoperationassessment,thecauseswereanalyzedandimprovementwasmade.Theimprovedpumpwasevaluatedagain,andthecontinuousandstableoperationof5040hourswithoutfailurecanbasicallymeettheoperationneedsofthedevice.Ke
6、y words:fluidizedbed;catalytichydrogenation;boilingpump;operationalfailure0 引言沸腾床催化加氢裂化转化工艺可以深度处理杂质含量高的重质渣油,使其轻质化,并提高油品质量1。与加氢裂化沸腾床反应器配套的循环泵,习惯称为沸腾泵。其作用是给反应器内的重质渣油、氢气、催化剂提供流动的动力,使重质渣油、氢气和催化剂在反应器内呈悬浮液状态,形成气、液、固三相床层,相互之间充分接触融合从而完成加氢裂化反应2。沸腾催化剂床层的高度由循环液体的流量进行控制。沸腾泵的运行,使得反应器内物料高度返混,有益于反应器内各处物料温度的均衡,有益于重
7、质渣油、氢气、催化剂物料的均布,避免重质渣油在催化剂表面形成的结焦及重金属中毒,提高加氢反应深度和效率3-5。沸腾泵工作条件极端苛刻6-7:(1)输送的物料中气、液、固共存,对泵过流件有冲刷磨损作用。(2)操作温度高。泵入口物料温度通常在400500,该温度高于物料的着火温度。物料一旦泄漏,极易着火,因此,对泵的安全性要求高。(3)操作压力高。反应器内压力,即泵的入口压力,通常在1123MPa,泵轴封解决起来较为棘手。基于此,国内市场上能够耐受上述极端苛刻工作条件的泵型较少,沸腾泵选型有困难。101本文从API 标准的机械密封离心泵、湿定子电机驱动的离心泵和屏蔽电机驱动的离心泵的结构特点着手,
8、分析比较了这 3 种泵型用作沸腾泵时的优缺点,推荐优先选用泵型为湿定子电机驱动的离心泵或者屏蔽电机驱动的离心泵。1 沸腾泵解决方案的探讨1.1 API 标准流程泵基于沸腾泵主要应用于炼油行业,按标准规定,首选符合API610 标准的机械密封离心泵作为沸腾泵。下面以某厂 200 万t/a 液相柴油加氢装置沸腾泵P102A/B 为例,简述机械密封离心泵作为沸腾泵的标准配置,以及沸腾泵在装置上的应用情况。沸腾泵P102A/B 的主要技术参数见表 1。表 1 沸腾泵P102A/B 主要技术参数Tab.1 MaintechnicalparametersofboilingpumpP102A/B项目参数流量
9、/(m3 h-1)正常/额定:619/835入口温度/正常/最大:397/410入口压力/MPaG正常/额定:10.9出口压力/MPaG11.35相对密度/(kg m-3)586.09黏度(124)/(mPa s)0.114装置汽蚀余量/m 7扬程/m79转速/(r min-1)1480按照操作条件选用API610 标准BB2 结构离心泵,具体结构特征为卧式、两端支撑、径向剖分、双蜗壳、叶轮双吸。考虑泵运行的稳定性,减轻催化剂对过流件的磨损,泵转速设置为 1485r/min。为确保泵轴封的可靠性,采取节流泄压措施,降低密封腔压力。即在密封腔入口设置喉部节流套,将密封腔通过管路连接至装置的低压分
10、离器系统,通过回流管使密封腔压力降低到 2.0MPa。考虑到安全性,轴封采用有压双端面机械密封8,并在外侧配固定节流衬套,其冲洗方案为Plan23+54+62,如图 1 所示。该密封方案在国内液相柴油加氢装置沸腾泵上是首次应用。理论上,P102A/B 轴封形式和冲洗方案完全符合API610 标准的要求,是完善的,没有瑕疵的。但从该装置投产后的 2 个运行周期来看,应用效果并不理想。图 1 沸腾泵P102A/B 轴封结构Fig.1 ShaftsealstructureofboilingpumpP102A/B2 台机械密封离心泵存在以下两个问题:(1)轴封可靠性差。泵开停车时的升降温过程或运行参数
11、发生波动时,泵轴封极易发生泄漏,引发着火的安全事故(有多次着火的案例)。(2)节流衬套泄漏量过大,造成装置能耗偏高,分馏系统热量平衡困难。当节流衬套间隙为 0.9mm 时,泄漏量高达 75t/h;当节流衬套间隙为 0.6mm 时,泄漏量为 25t/h。节流衬套间隙大小对保证机械密封腔压力至关重要,但精准控制间隙较为困难。因为节流衬套间隙过小,会使备用泵盘车卡涩,甚至会出现盘不动车的情况。另一方面,泵长期运行,节流衬套磨损间隙会增大。综上所述,虽然机械密封离心泵理论上安全可靠,但在实践上存在较大的安全隐患,其安全性、可靠性有待进一步提高。1.2 湿定子电机驱动离心泵针对沸腾泵苛刻的工作条件,特别
12、是高温高压的情况,如果采用机械密封离心泵,其轴封安全性差。选用湿定子电机驱动的离心泵或屏蔽电机驱动的离心泵可以克服这种情况。因为该类型泵对外只有静密封、无动密封,可以做到对外界无泄漏,能承受高温高压,安全性较机械密封离心泵高。图 2 示出的沸腾泵是一种适用于轻料浆(含少量固体颗粒)输送、电机转子和泵叶轮共轴、立式的湿定子电机驱动离心泵9。该泵主要由泵头、隔热屏、湿定子电机、轴封、电机内腔注油循环冷却系统、电机外冷却系统、监控仪表等组成。安装时,上泵下电机,泵入口与反应器底部相连接,出口通过管路插入到反应器中部的栅格部黄绍硕:催化加氢装置沸腾泵的应用及国产化102FLUID MACHINERYV
13、ol.51,No.8,2023位。当反应器内充满物料,泵腔中就自动灌满物料。泵运行时,叶轮在电机的驱动下旋转,使得物料在反应器内流动,物料中氢气、催化剂与重质渣油充分混合、反应。图 2 湿定子电机驱动的沸腾泵Fig.2 Boilingpumpdrivenbywetstatormotor该类型泵设计上有下述特点:(1)考虑介质高温高压,泵壳设计成球形,电机相对细长,使其承压能力强,热变形均匀。(2)考虑泵送物料温度高,热量对电机有影响,泵和电机之间设置隔热屏,减少泵侧热量向电机的直接传递。(3)考虑湿定子电机使用的是导轴承,且电机线圈绝缘层不耐冲刷磨损,不允许物料中的固体颗粒(催化剂粉末)进入电
14、机腔,故在泵腔和电机腔之间设置密封,使两腔体分开独立运行。(4)为保证电机工作温度在 60左右,电机需要充分冷却。在电机端部配置换热器,与电机腔等构成封闭回路。通过外置密封油泵从外部注入的方式,向该回路中注满洁净的柴油,通过电机轴端自带的副叶轮循环作用,注入的柴油对电机定转子进行冷却,同时对导轴承进行润滑冷却。工艺上控制操作压力,允许注入的柴油从电机腔向泵腔泄漏,不允许物料从泵腔泄漏到电机腔。(5)水力上采用离心叶轮与径向正导叶的组合,结构简单,泵效高。湿定子电机的定子线圈有两种:漆包线和交联聚乙烯套管线缆。使用漆包线制作定子时,需要注意:泵的出厂试验只能用油做试验介质,不可用水做试验介质。原
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