大型乙烯装置急冷油泵国产化研发与应用.pdf

设备管理与维修2023 翼10（下）设计的新型快速脱离式安全带挂绳连接器能有效解决现有连接器存在的胸前拉环误拉操作可能性和分离速度慢的问题，保证高空作业者遇险时能够快速脱离开安全挂绳、撤离现场，避免人身伤害，具有安全、省力、简便、高效的特点。参考文献1胡广珊.陆地钻机二层台自动排管系统研究 D.西安：西安石油大学，2019.2顾燕苏，吴俊杰，麻芳义，等.安全带的技术要求及性能分析 J.中国个体防护装备，2018（1）：12-15.3杨文芬.安全带和安全带标准研究与探讨 J.安全，1999（3）：7-9.4李云丛.快速脱离式安全带挂绳连接器 P.CN102974054A，2013-03-20.5裘钟，阙建章.撞击锁 Z.苏州德仕耐五金技术有限公司.编辑张韵0引言急冷油泵是乙烯装置的重要设备，由于急冷油黏度变化大、含有大量硬质焦粉颗粒，急冷油泵的壳体、叶轮等零部件会出现严重的磨损腐蚀，严重影响泵的连续运转寿命。这类泵的性能要求已超过国产普通 BB2 泵的范围，基本上是由国外著名品牌泵制造公司生产。E3（裂解三套）装置急冷油泵出口的急冷油有两个去向：一是为裂解炉 EF3110-3170 急冷器提供降温急冷油，二是为急冷油循环与工艺水换热器发生稀释蒸汽。在生产过程中，一旦急冷油泵能力不足或发生故障，将影响急冷油系统的取热、降低稀释蒸汽发生量，进而造成急冷油温度升高、黏度增大、急冷系统热量失衡，严重时装置被迫降低负荷。2018 年装置运行末期，曾多次因为急冷油泵能力不足及检修降低装置负荷，影响了装置的整体经济效益。因此，需要针对装置的工艺参数及原料特点，研制一种能够长周期稳定运行的急冷油泵，以保障急冷油系统正常运行。1国内外技术现状分析1.1国外技术现状目前进口急冷油泵主要有两种技术类型，分别是 HVOF（HighVelocity Oxygen Fuel，超音速喷涂）技术和口环冲洗技术。其中，HVOF 技术初期成本投入较高，但综合维护成本相对较低；口环冲洗技术需要持续注入外部的高压冲洗源，年消耗量较大。从节能角度来看，HVOF 技术的急冷油泵更具潜力。HVOF 工艺是将粉末注入高速火焰中，然后将粉末喷到基材上、形成致密均匀的涂层。由于基材未被加热至熔化，其性能不受涂层应用的影响。部分国外泵业公司如 SULZER（美）在急冷油泵上对过流部件进行 HVOF 处理，提高材料的耐磨性能。化工一厂乙烯车间原有的 3 台急冷油泵就是 SULZER 生产制造的，采用超高音速喷涂技术，自 2012 年 10 月现场投用后至今，未出现过因过流部件冲蚀损坏而导致停机检修的情况，运行状况良好。以德国、日本泵企为代表的急冷油泵制造厂家，主要采用口环冲洗技术。其设计思路为：通过外部高压冲洗源，对口环处进行冲洗，防止急冷油中介质颗粒对口环产生磨蚀，同时口环间隙处可以获得足够的润滑，防止发生干磨。此技术需要消耗 2.510.0 m3/h 的冲洗液，年消耗量约 5 万立方米，但在镇海炼化、中科（广东）炼化等项目也有应用。1.2国内技术现状中国水利水电科学研究院对HVOF涂层材料的抗磨蚀特性与应用进行了分析，通过磨损试验证明碳化钨涂层的磨损率远小于Cr13Ni4材料。因此，在实验室条件下碳化钨涂层具有极强的抗磨性。在本项目实施之前，尚没有使用 HVOF 喷涂技术的国产大型乙烯装置急冷油泵。2技术关键点根据目前急冷油泵工况条件和运行参数，结合日常急冷油泵检修维护经验以及密封使用经验，提出急冷油泵设计、生产、制造的技术关键点（表 1）。3技术要求当前，世界公认的泵用先进标准 API 6102010 石油石化及天然气工业用离心泵，国产化急冷油泵也参考该标准作为研发的技术要求。额定点扬程、效率不允许有负偏差，扬程允差 03%；额定功率性能允差在垣4%；距声源 1 m 处声压值不大于85 dB（A）；工厂试验轴承箱油池温度不超过 80 益，油池温升不超过 39 益；额定汽蚀余量不允许有正偏差；关死点扬程不允许超过规定值；同时要求与现装置的 3 台急冷油泵任一台并联运行，实现互为备用。摘要：首台大型乙烯装置国产急冷油泵的研发和安全运行，标志着我国已具备大型乙烯装置急冷油泵研发设计和制造能力，打破了国外公司在该领域的技术垄断，使新建或改造的大型乙烯装置可以有更多选择，有效提升中国石油乙烯装置的整体市场竞争力。关键词：乙烯装置；急冷油泵；国产化；耐磨中图分类号：TE964文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.24大型乙烯装置急冷油泵国产化研发与应用李博源（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163700）輩輷设备管理与维修2023 翼10（下）技术关键点解决方案及特点、应用现状水力性能水力设计与 CFD 水力分析（优秀的水力模型分析）产品耐磨性耐磨工艺（HVOF，验证硬化层硬度逸60 HRC）机械密封的可靠性适当的密封冲洗方案（静止型金属波纹管密封、PLAN 32+53A，国内已有多套业绩）泵壳的可靠性壳体强度分析（高温工况下应力分析）；结构设计（中心支撑、壁厚余量、加强筋板）转子的可靠性转子应力分析（强度验证）机组振动稳定性（工厂试验验证）；泵的模态分析（整机模态仿真分析）；轴的设计及工艺过程控制长期稳定运行保护机组监测及辅助系统的配套（轴振测温监测系统、冷却系统）表 1急冷油泵设计、生产、制造的技术关键点大庆石化化工一厂乙烯车间急冷油泵的设计扬程 120 m，效率 88%，汽化压力 0.074 MPa，额定流量 3267 m3/h，转速 1475 r/m，功率 1500 kW。4设计与制造特点4.1主体材料耐磨性的保证叶轮和壳体采用耐磨工艺方法，可以有效防止口环处焦炭颗粒的磨损。通过对两家喷涂技术供应商技术验证、6 件喷涂样件对比、6 组结合力验证样件检验，最终确定喷涂技术主要特性满足项目应用要求：淤涂层外观均匀，无划痕和裂纹；于轮口环变形量满足设计要求；盂喷涂加工面 PT（Penetrant Testing，渗透检测）检验无缺陷，满足设计要求；榆喷涂层厚度满足设计要求；虞喷涂层硬度不小于 62 HRC，满足工艺要求；愚口环镶装后涂层完好，满足装配要求；舆体口环和叶轮，均匀加热至 300 益，喷涂层完好，满足设计要求；余喷涂层结合力不小于 40 MPa，满足设计要求。4.2水力模型设计该水力模型为高效水力模型设计，采用大流量、高扬程水力设计，能够满足与现场原有进口泵并联运行要求。通过相关试验，可以得出以下结论：淤通过两组不同叶片数水力模型设计，4 次 CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）模拟分析，国产急冷油泵额定点效率达到 88.3%，满足项目效率要求；于流量扬程曲线与现场进口急冷油泵曲线（曲线斜率 1.17）相近，满足并联运行要求。4.3主机泵振动性能的保证主机泵采用大轴径转子抗轴振动设计和壳体抗振动设计，确保设备的振动性能。（1）泵组模态分析。根据运行工况，分别对整机及转子进行模态分析：整机一阶固有频率为 58.624 Hz，与转频（24.58 Hz）有 20%以上的安全间隔，满足 API 6102010 的设计要求；转子横向一阶固有频率为 82.586 Hz，扭转一阶固有频率为 812.59 Hz，满足 API6102010 的横向分析和扭转分析要求。（2）严格的制造过程管控，保证机组振动性能满足设计要求：淤轴振位置“辊压”处理，粗糙度 Ra0.4；于退磁处理，轴剩磁含量低于 2 Gs；盂轴振位置机械和电气跳动值不大于 0.01 mm；榆转子部件动摩擦副跳动值不大于 0.05 mm；虞轴振探头夹角检查；愚轴瓦内孔尺寸测量。4.4机械密封的可靠性保证关于国产泵机械密封的选型，可以从以下 4 个方面开展。（1）调研结果。通过调研发现，国内已实现急冷油泵机械密封国产化，主要采用 PLAN32+53 冲洗方案，配静止型波纹管、效果较好，本次新国产泵决定选用 PLAN32+53A 方案。（2）结构优点。静止型波纹管，耐高温、稳定性好，而双端面机械密封设计，更符合高危泵管理要求，降低现场运行风险。（3）价格优势。相对进口机械密封，国产机械密封价格更低，且服务相应速度更快。通过研究可知，本次选用的机械密封可以满足项目长周期、稳定运行的要求。5出厂及现场测试5.1出厂测试为检验国产急冷油泵整机的性能指标，确认达到设计要求。在大连深蓝泵业有限公司工厂试验台进行出厂性能验收试验，试验项目包括性能试验、运转试验、汽蚀试验，试验效果良好，满足性能指标达到 API 610（第 11 版）和该项目技术协议的要求。5.1.1试验方法（1）性能试验的试验方法。主要分为水力性能和振动性能试验，其中前者采用的标准为 GB/T 32162016 回转动力泵 水力性能验收试验 1 级、2 级和 3 级（ISO 9906：2012，IDT）中 1 级标准；后者（振动性能）采用的标准有 3 个，分别为 GB/T295312013 泵的振动测量与评价方法、API 6102010 和 API 6702014 振动、轴向位置和轴承温度监测系统。（2）运转试验的试验方法。试验方法主要有 3 个：淤油池温升，相关标准为 API 6102010；于噪声测量，相关标准为 GB/T295292013；盂轴封泄漏量，相关标准为 API 6822014 离心旋转泵的轴封系统。（3）汽蚀试验的试验方法：GB/T 32162016（ISO 9906：2012，IDT）中 1 级标准。5.1.2工厂试验结果国产化急冷油泵出厂验收试验数据见表 2。表 2国产化急冷油泵出厂验收试验数据序号试验类型测试项目测量结果检验标准评判结论1性能试验额定点扬程偏差+0.37%0+3%合格关死点扬程146.41 m臆148 m合格额定点效率偏差88.22%逸88%合格额定点轴功率1118.1 kW臆+4%（1173 kW）合格额定点轴承箱壳体振动2.6 mm/s臆2.8 mm/s合格额定点轴振动27 滋m臆50 滋m合格2运转试验油池温度53 益臆80 益合格油池温升33 益臆39 益合格轴承温度65.9 益臆75 益合格噪声84.2 dB（A）臆85 dB（A）合格轴封泄漏量无泄漏无泄漏合格3汽蚀试验额定点汽蚀余量8.63 m臆9 m合格輪輮设备管理与维修2023 翼10（下）5.2现场测试试验完成的国产急冷油泵于 2019 年 9 月出厂，2020 年 8月装置现场完成所有配套施工并验收合格，并对国产急冷油泵进行了现场试运。试运一次成功，各项指标均正常，机泵各点振动均处于优良状态，全部达到工况参数要求，并能与装置原有的 3 台进口急冷油泵的任一台并联运行，实现互为备用（表 3）。6结束语国产化急冷油泵经过两年的工业装置的安全稳定运行，各项性能指标达到国际先进水平，满足工业装置运转需求，标志着国内已具备大型乙烯装置急冷油泵国产化的设计和制造能力，打破了国外垄断，填补了国内空白。国产急冷油泵替代进口急冷油泵后，不仅采购成本显著下降，而且还可以为急冷油泵的维护提供快速响应和服务，降低装置运营维护成本，经济效益明显。参考文献1王松汉.乙烯装置技术与运行 M.北京：中国石化出版社，2009.2顾水泉.机械密封实用技术 M.北京：机械工业出版社，2001.编辑吴建卿序号试验类型测试项目测量结果检验标准评判结论1性能试验验证轴承箱壳体振动1.1 mm/s臆2.8 mm/s合格轴振动37 滋m臆50 滋m合格2机组并联运转试验轴承温度62.9 益臆75 益合格轴封泄漏量无泄漏无泄漏合格轴承故障无故障无故障合格并联运行可以并联，互为备用可以并联，互为备用合格表 3现场试运数据0引言在机械加工中夹具的使用对保证产品质量和提高生产效率有着至关重要的作用，同时还可以提高普通设备的利用率。用好夹具，特别是高效夹具、专用夹具，对于提高生产效率的作用不亚于数控设备。韶关市技师学院（下文简称为“我院”）实训处承接了一批外协机加工产品固定压板（图 1），该零件要求中间孔 椎420+0.02mm，到边孔中心距精度为依0.05 mm。工件材料为 45#钢，零件毛坯为仿型气割成型件，形状较为统一，工件外缘有切割渣，月产量2000耀3000 件不等，属定期中等批量生产。1难度分析（1）工件的尺寸精度较高，内孔直径公差 0.02 mm，中心距的位置精度依0.05 mm。（2）数量方面属于中等批量，我院的外协批量产品加工多数由机械实习的学生在实训老师指导下完成，学生对工序复杂的零件加工废品率较高，对于工序简单的工件加工合格率较高。（3）如果用数控铣床加工，加工成本高，条件也不允许。用普通镗床进行加工精度很难保证，废品率较高，且加工周期较长。（4）中间的 椎420+0.02mm 孔由于直径较大，用机铰刀在摇臂钻加工，摇臂钻的转速较高，不能达到要求。（5）在普通车床花盘上装夹工件，定位装夹困难。花盘较大，且花盘上有螺丝、压板，由学生进行操作存在一定危险性。综上所述，分析零件加工的难题，决定充分利用现有的设备，扬长避短，完成产品的加工。为了提高效率、提高产品合格率、降低生产成本，最大限度的扩展机床使用范围，针对该产品进行夹具设计、制作和产品加工。经对零件反复研究，结合加工设备数量及相关参数等综合分析，决定设计固定压板专用夹具的方式解决零件加工难题（图 1）。2加工工艺和固定压板夹具设计原理2.1加工工艺（1）用手磨机或砂轮机对毛坯的切割边去切割渣、倒角1伊45毅。（2）上平面磨床加工毛坯两个平面，保证尺寸 20-0.020mm。（3）在摇臂钻床上用 椎19.8 mm 台阶钻钻孔、扩孔一次完成，保证内孔 椎200+0.02mm 的加工余量在 0.10.2 mm，钻模用 V形块和侧面定位保证 椎20 mm 内孔同心。摘要：固定压板是机械配件中常见的零件。有些固定压板的孔心距位置精度要求达到依0.05 mm，孔的尺寸公差 0.02 mm，在普通钻床上通过划线加工很难达到图纸精度要求。通过设计专用夹具的方法，实现在普通车床上加工固定压板零件中间孔，达到图纸尺寸、形位精度要求，提高普通设备的利用率和加工效率，取得良好经济效益。关键词：固定压板；多件加工；车床夹具设计中图分类号：TG511文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.25固定压板多件加工的夹具设计曾燕玲，温汉江（韶关市技师学院，广东韶关512000）輪輯