大型乙烯装备用急冷油和急冷水泵国产化必要性

李胜群 姚瀚

【摘要】随着炼油行业的迅猛发展，以及化工行业对乙烯原料的大量需求，大型乙烯装置的建设刻不容缓，打破国外对大型乙烯装备技术的垄断势在必行。急冷油、水泵的国产化，对我国自主建设大型乙烯装置具有重要意义。

【关键词】乙烯装置；急冷油泵；急冷水泵

1.研究的目的和意义

乙烯是石油化工行业的基础原料之一，通过乙烯的聚合、氧化、卤化（包括氧氯化）、烷基化、水合、羰基化、齐聚等反应，可以获得多种重要的化工原料，百万吨乙烯及配套项目每年可为社会提供乙烯等化工基础原料320万吨、高端合成树脂和化纤150万吨，对整个国民经济发展起着至关重要的作用。但乙烯现有生产能力还远不能满足国民经济发展的要求，仍需要进一步提高。100万吨/年乙烯比50万吨/年乙烯装置可降低成本25%，比30万吨/年乙烯装置可降低成本40%。由此看来，800万～1000万吨/年炼油装置和80万～100万吨/年乙烯装置是今后石化工业的发展方向。作为石化业龙头产品的乙烯，其产量大小是衡量一个国家石油和化工发展水平的重要标志。为了缩短与国外先进技术的差距，保证国民经济和国家安全，国家出台了相关政策，积极鼓励企业自主创新，实现大型乙烯成套设备国产化。例如：《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》中提出：以一批大型乙烯项目为国产化依托工程，通过引进关键技术消化吸收再创新和自主开发，实现百万吨级大型乙烯成套设备国产化；《装备制造业调整和振兴规划》中指出：以石化产业调整和振兴规划确定的工程为依托，以百万吨级大型乙烯等重大装备涉及的大型压缩机、关键泵阀等为重点，推进石化装备自主化。乙烯行业的快速发展，将推动配套重大技术装备的发展。急冷油、水泵是乙烯装置中的重要设备之一，由于多方面原因，长期依赖于进口。近年来，随着国内泵行业的技术发展，制造水平明显提高，这为急冷油、水泵的国产化提供了前提和保证。在发展过程中，国家对重大装备的需求日益增多，这些设备不可能完全依赖进口，外国也不能全部提供给中国。乙烯装置用泵的国产化既能减少项目投资，又对提高国内制造厂水平、振兴民族工业具有重要意义。

2.国内外现状

国外乙烯技术发展较早，长期以来一直处于领先地位，发展至今，技术日趋完善。而我国尚不具备100万吨/年乙烯装置用急冷油、水泵的制造业绩。目前国内百万吨乙烯装置中急冷油、水泵机组一直采用進口设备，国内泵厂没有研制使用的机会，近年来通过与设计院交流和对武汉乙烯、抚顺石化急冷油、水泵的现场调研，对该泵的使用介质、运行条件参数、结构特点及机组配套等情况有了较为详细的了解和掌握，具体情况如下：

2.1急冷水泵

性能参数：武汉乙烯：流量Q=2075m3/h，扬程H=116m，温度83℃，配套功率P=900kW，转速n=1480r/min。抚顺乙烯：流量Q=3003m3/h，扬程H=131m，温度118℃ 配套功率P=1450kW，转速n=1488r/min。结构特点：泵结构为单级、双吸、卧式、水平中开式，进出口法兰水平布置，侧进侧出，轴封采用机械密封，轴承采用滚动轴承，甩油环式稀油润滑。驱动方式：主泵为汽轮机加齿轮箱驱动、备泵为电机直联。仪表控制系统：汽动泵透平带联锁，电动泵组无联锁。

2.2急冷油泵

性能参数：流量Q=3500m3/h，扬程H=140m，配套功率P=1460kW，泵转速n=1480r/min。结构特点：泵结构为单级、双吸、卧式、水平中开式，进出口法兰水平布置，侧进侧出，轴封采用填料密封，轴承采用滚动轴承，甩油环式稀油润滑。驱动方式：主泵为汽轮机加齿轮箱驱动、备泵为电机直联。仪表控制系统：汽动泵透平带联锁，电动泵组无联锁。

3.项目的研发

3.1主要研制内容

单级双吸泵水力模型有两大系列，一是sh水泵系列，流量最大达到11000m3/h，比转数从60到280，有十几个模型，二是DSJH流程泵系列（美国进口），流量最大达到1700m3/h，扬程达300m，也有十几个模型。单级双吸水平中开式水泵是一个主要系列产品，针对百万吨乙烯的参数，急冷油、水泵的水力设计主要是提高效率；结构设计和机组的成套设计的重点是泵的稳定性、安全性和可靠性。

3.2转子系统的非线性振动响应和稳定性分析

开展转子系统湿态临界转速、模态分析、基于Galerkin法和线性模态的转子系统动力建模、水动力和温度载荷作用下非线性弯曲振动同步响应求解、小幅变参数下受扰稳态同步响应的稳定性分析。多场（水动、温度等）环境下，转子系统在正常服役（设计工况及小扰动）时的稳态自激振动响应。建立泵机组轴系统和支承基础耦联系统动态仿真模型，研究以轴承作为关键连接体系的耦联作用机理。

3.3泵的过流部件优化设计

利用CFD技术，采用数值试验的方法，应用NREC或NUMECA设计程序，完成自泵进口到出口的包括子午流道和叶片通道在内的完整的通流设计及结构优化，使设计性能参数满足技术规格书中的规定。

3.4泵结构设计

急冷油、水泵结构为单级、单吸两端支承式，径向剖分，进出口垂直向上，中心线支撑。泵组设计有符合API610标准的联合底座，电动泵组电机与泵直联，汽动泵组汽轮机、齿轮箱、泵置于联合底座上。轴封采用机械密封，采用自冲洗（API PLAN21）。轴承采用径向轴瓦，推力轴承采用滚动轴承。

3.5主要零件材料选用

根据急冷水泵的性能、强度、刚度等方面的要求，其主要零件材料选用符合API610中C-6材质。急冷油泵泵体、泵盖和叶轮的材料采用铁素体和马氏体合金铸钢ZG08Cr12Ni4Mo1G。

4.经济效益和应用前景

乙烯是石化工业的“龙头”，以乙烯为原料，可繁衍一系列关联密切的工业企业。万吨炼油百万吨乙烯每年可为社会提供清洁燃料617万吨、化工产品295万吨，部分产品是延伸石化产业链的基础原料，可极大带动周边区域，形成精细化工、新型材料等石化下游产品产业集群。国内石化工业处于发展的黄金期，目前立项的乙烯项目很多，且装置规模大都在百万吨级。该项目的研制成功，标志着我国百万吨乙烯急冷泵设计制造的零突破，实现了百万吨乙烯急冷泵的国产化，打破了国外垄断，为今后乙烯装备的国产化奠定了基础。

作者简介

胜群（1989-），男，辽宁省沈阳市人，大学本科，助理工程师。

姚瀚（1988-），男，辽宁省锦州市人，大学本科，助理工程师。