贫甲醇泵在低温甲醇洗工艺的应用和发展现状

2015-03-26郭华

河南科技 2015年21期

关键词：离心泵壳体叶轮

郭华

（中国海洋石油总公司大同煤制气项目组，山西大同 037008）

贫甲醇泵在低温甲醇洗工艺的应用和发展现状

郭华

（中国海洋石油总公司大同煤制气项目组，山西大同 037008）

介绍低温甲醇洗工艺中贫甲醇泵的应用情况，贫甲醇泵的重要性，及其结构、制造要点和发展现状。

低温甲醇洗；贫甲醇泵；结构；制造要点

低温甲醇洗（Rectisol）是20世纪50年代初德国林德（Linde）公司和鲁奇（Lurgi）公司联合开发的一种气体净化工艺。第一个低温甲醇洗装置由鲁奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工厂，目前世界上有一百多套工业化装置，其中中国引进了约二十多套［1］，低温甲醇洗工艺适合于处理含硫渣油部分氧化、煤气化生成的气体中CO2和硫化物。该工艺为典型物理吸收法，是以冷甲醇为吸收溶剂，其基本原理是依据低温状态下的甲醇具有对H2S和CO2等酸性气体的溶解吸收性大，而对H2和CO溶解吸收性小的选种选择性.来脱除粗变换气中的H2S和CO2等酸性气体，从而达到净化粗变换气的目的。低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上拥有很好的应用业绩，被广泛应用于国内外合成氨、合成甲醇及其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。

1 贫甲醇泵应用

贫甲醇泵的主要作用是将来自再生塔的热甲醇经换热后变为冷甲醇作为酸性气体吸收液送往甲醇洗涤塔，在同一个塔内分段，选择性地进行脱硫、脱碳气体净化。该工艺能耗最低，但对设备要求严格。贫甲醇泵作为工艺系统的主洗泵，其稳定运行是工艺的关键，并和系统的连续运行息息相关。

中海油大同煤制气项目设计规模为年产40亿/方天然气，采用碎煤加压气化技术和粉煤气化（1：1）组合工艺生产粗合成气，另外还有一氧化碳变换、酸性气体脱除和甲烷化及干燥工艺流程。以粉煤气化工艺为例，将配套同等规模2个系列的低温甲醇洗装置，每套低温甲醇洗工艺装置设有2台贫甲醇泵。贫甲醇泵输送介质为贫甲醇液，设计流量为1500m3/h ，扬程为138m。

2 贫甲醇泵的结构和制造技术要点

2.1 贫甲醇泵的结构

2004年以前，由于装置容量较小，且对装置的安全性较低，贫甲醇泵一般采用BB4型单壳体卧式多级离心泵，但随着装置容量的不断增大，对设备可靠性的要求越来越高，贫甲醇泵的结构逐渐被BB5型双壳体卧式多级离心泵及BB3型水平中开多级离心泵所代替。由于BB5型泵采购成本相对较高、检修维护相对复杂等，BB3型泵在市场应用上越来越得到供应商的选择。

BB3型水平中开卧式多级离心泵为单壳体、双蜗壳、轴向剖分、水平中心线支撑、叶轮背靠背对称布置的卧式多级离心泵，出于对装置汽蚀余量（NPSHa）的考虑，贫甲酵泵首级叶轮一般采用双吸结构。

（1）承压壳体

壳体为轴向剖分形式，泵壳体分为泵体、泵盖两部分，均为整体结构，中开面采用大法兰连接，结构尺寸小，整个泵质量几乎都集中在泵体、泵盖上。因此，泵壳体刚性极高，机组运转稳定性更好。壳体采用双蜗壳上下对称设计，径向力自动平衡。壳体采用轴向剖分结构，泵在维修的过程中不需拆卸泵的进出口主管路，泵维护检修更加方便。

（2）叶轮

叶轮对称布置，轴向力自动平衡，无需专门的平衡机构，同时由于叶轮对称布置，瞬态（热冲击、启动与停机、日起停）时，残余轴向力不会突然变大，泵运行的可靠性大大增加。

（3）转子

转子采用大轴径设计，挠度小、转子湿态一阶临界转速相对高，运转安全、可靠。轴与叶轮为小间隙配合、逐级固定，即可保证安装与拆卸方便，又能保证泵运行稳定。轴与轴上零件配合处进行表面镀硬铬处理，适合叶轮的反复安装与拆卸，使用寿命更长。

（4）轴承及润滑

根据功率大小或其它特殊要求，轴承可采用自润滑或强制润滑两种形式：泵正常运转时，径向负荷由径向滑动轴承承受，叶轮为对称布置，轴向力基本自动平衡，止推轴承只承受少量残余轴向负荷。

2.2 贫甲醇泵的制造技术要点

（1）泵整体设计、制造、检验应完全满足API610标准要求，泵体轴向剖分、卧式、多级、两端支承离心泵及轴承箱体皆为轴向剖分结构，维修、维护方便，维修停机时间短。同时考虑介质中腐蚀介质的含量，在设计中承压壳体的厚度考虑了腐蚀余量。过流部件材料执行ASME标准。在水力设计方面，除了采用高效的水力模型外。贫甲酵泵对首级叶轮的汽蚀要求非常严格，一般首级叶轮采用双吸结构，其必须汽蚀余量NPSHr一般应大于1200。

（2）泵的主要材料：API610标准的S-6等级，泵轴材质用0Cr17Ni4Cu4Nb。泵的机械密封选用符合标准的集装式机械密封，机械密封采用双端面串联式平衡型内装型式，带节流衬套，一般采用约翰克兰公司、福斯公司、博格曼公司等国际品牌，外部强制润滑油系统采用上海利安、常州华立公司产品，最小连续流量保护装置采用德国施罗德、苏尔达公司产品［2］。

（3）泵的叶轮转子或其它可拆卸部件与同型号泵应具有互换性，泵体和叶轮上都应设有可更换的密封环，密封环应牢固而不转动，口环运转间隙应考虑温度及材料的膨胀及咬合特性。叶轮上的磨损环和泵壳的磨损环应存在硬度差，以防止磨损环间咬合。泵滑动轴承（轴向金斯伯雷型式推力瓦/径向米歇尔型式径向瓦）/SKF止推球轴承，油环润滑，轴承带测温PT100、振动及位移探头。

（4）电动机功率选择：电机额定功率按不小于设备侧额定点轴功率1.2倍选择（涵盖设备侧轴功率曲线全段及末端点功3 贫甲醇泵的发展状况

率）。同时考虑高原气候（海拔按1300m考虑）对电机整体性能的影响。贫甲醇泵使用在二区ⅡCT3防爆区域，电机如采用增安电机，必须配套氮气吹扫系统，如采用防爆电机，可不需吹扫系统。

目前中小型低温甲醇洗装置中的贫甲醇泵市场中，国内泵制造厂家（大连深蓝泵业有限公司、重庆水泵厂等）占据约40%—50%的市场份额，大型低温甲醇洗装置中的绝大部分贫甲醇泵市场被国外泵制造厂（福斯、苏尔寿等）所占据［3］。

国内大连深蓝泵业有限公司在解决进口泵的问题时促进了泵国产化的设计、制造，但由于贫甲醇泵运行关系到整个装置的运行安全，对安全稳定性要求非常高，贫甲醇泵的业绩目前还较少，主要集中在小流量或低扬程方面业绩。重庆水泵厂有限责任公司针对贫甲醇泵输送介质渗透性强、易挥发、压力高等特殊情况，将公司已有的SD和ZD系列泵出有针对性的进行适用性调整，生产出的贫甲醇泵在2008年成功运用于中石化南京化学工业有限公司合成氨-尿素净化装置和宁波万华MDI净化装置。经过多年的项目运行检验，重泵公司的SDT型（BB5结构）和ZDPT型（BB3结构）卧式多级自平衡离心泵以其独特结构和良好性能均在贫甲醇泵上得到了工业化应用。