一种大功率液相加氢循环油泵的研发

2018-03-09，，

防爆电机 2018年1期

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(1中海油惠州石化炼油六部，广东惠州 516086； 2佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

0 引言

随着经济的发展，环境污染问题日益严重，其中油品燃烧产生的污染尤为严重。为了减少这种污染，各国纷纷加大油品品质控制的力度。2009年欧盟国家实施欧Ⅴ排放标准，2010年中国开始实施国Ⅲ标准(相当于欧Ⅲ)，北京、上海实施地方标准(相当于欧Ⅳ)。为了达到这些标准，需要对油品进行进一步精制，而油品精制最重要的工艺是加氢工艺。

1 技术要求

连续液相加氢工艺以高温高压液相循环取代了传统滴流床加氢技术中的循环系统。流程中装设循环泵，将一部分反映产物从热高压分离器抽送至反应器，以维持催化剂床层间的连续液相环境和需要的氢分压。该电泵应用于2区，IIC场所，需要采用防爆结构。其典型参数为操作温度347℃～397℃，入口压力9.8MPa，介质是溶解大量的硫化氢(浓度为0.75%)和氢气(浓度为0.25%)的柴油，扬程约100m。由于其入口压力和温度都非常高，如选择普通离心泵，则无法找到机械密封的解决方案，只有隔爆型高温高压屏蔽泵才能满足要求。

2 技术分析

屏蔽电泵是一种无泄漏泵，泵的叶轮和电动机转子直接连接，并在同一密封壳体内，不需采用填料函或机械密封结构，从根本上消除了被输送介质的外漏。电机的定子和转子用薄壁非磁性圆筒(称屏蔽套)与介质隔离，称之为屏蔽电泵也是出于这个特点，故屏蔽电泵又称无填料泵、密闭电动泵等。因为其完全不泄漏的特点，广泛应用于化工、石油化工、煤炭化工、医药、纺织、核电站、军工等行业。

高压屏蔽电泵有两种结构形式：卧式，立式。根据对装置使用的调研，认为采用卧式结构更为方便，且国内已经具备研发基础条件。根据工况分析这种电泵是隔爆型卧式高温高压屏蔽电泵，为防止介质中腐蚀性成分对电机造成损坏，在泵的电机侧设置一台计量泵，向电机腔注入常温的清洁柴油，以防止腐蚀性的高温介质进入电机腔。电泵是柴油加氢装置压力边界的组成部分，能保证压力边界的结构完整性。电泵的电动机及配套装置的电气设备制成隔爆型，在环境气体含有氢气时可以安全的工作。

3 技术方案

对整机技术要求进行分析后，发现有以下单项技术关键点：有多个流量不同的工况，且要求电泵结构紧凑，需要专门设计水力部件；卧式结构要求轴承能承受较大的径向载荷，能在一定的转速范围内调速工作，且连续运行时间要达到3年以上，轴承结构和材料需要专门研究。要求电动机体积尽量小，以降低成本，这就需要全新的设计电磁方案。

3.1 总体结构设计

电泵为屏蔽电动机驱动的卧式屏蔽泵机组，由泵、电动机、注液装置、冷却器、各种监控装置、安全装置以及连接管路组成，所有组件固定在一个公共底座上。为减少泵端热量向电动机传导，在泵与电动机之间设有缩颈形式的隔热屏(习惯上称为连接体)。连接体法兰分别与电机前法兰和泵法兰通过密封连接成一个整体。泵的进口为水平轴向，出口为竖直向上，与系统管道采用法兰连接(八角垫密封)。泵为单级、单吸、离心泵，泵叶轮直接装在电动机转子轴端，用流线型叶轮帽紧固。叶轮入口设有导叶(稳流)，为了减少径向尺寸，叶轮出口设置导流件(将液流方向由径向改为轴向)和双流道螺旋形出口，出口导叶与泵体流道共同组成径向双蜗壳流道。机组的轴向力，通过采取不同直径的叶轮(前后)密封环、在叶轮上开平衡孔、设置轴向力自动平衡装置结合选取合理的注液流量实现，保证电泵在不同流量运转时转子均处于平衡状态(推力轴承不承受轴向力)，并设置轴向位置传感器监测转子位置。润滑油加氢屏蔽电泵装置(见图1)一致。

图1泰州润滑油加氢装置

3.2 水力部件设计

叶轮选用成熟水力模型，进行换算设计，并对设计结果进行CFD分析和优化。分析得到的流量-效率曲线见图2，流量-扬程曲线见图3，通过数值模拟分析优化后方案效率80.8%，扬程128.1m，因此满足需求。

图2流量-效率曲线图

图3流量-扬程曲线

3.3 电磁设计

我公司生产过的屏蔽电动机最大功率为210kW-2极，本次产品设计为335 kW-2极，三圆φ410/φ195.2/φ85；槽配合36/28；铁心长650；机械间隙2，采用定子散嵌绕组、叠片转子技术方案。本产品运行中存在四个不同工况(即四种不同负载)，采用我公司专用的屏蔽电机电磁计算软件对不同工况下电动机的电磁参数进行了计算，相关结果见表1。还用有限元法对满载运行工况和空载运行工况进行了电磁场分析。

表1 电动机电磁基本参数

3.4 轴承设计

经初步计算，本机组单个轴承载荷超过130kgf，超过我公司曾经生产过的所有卧式产品，且本机组要求轴承设计寿命尽量长，轴承材质选取新型SiC，对磨副推力盘为奥氏体不锈钢321SS喷涂碳化钨。

选用的新型SiC轴承材质是一种含石墨碳化硅陶瓷，在碳化硅基体中含有大量细小的石墨，使碳化硅的自润滑性能大幅度提高、降低摩擦系数、使用寿命长，同时具有较强的抗干摩擦能力。轴承性能指标见表2。

表2 SiC-30轴承性能指标

虽然此种轴承在行业上有成功应用实例，但是为了进一步了解此种轴承的运行性能和可靠性，预先进行了轴承性能和可靠性试验，试验装置采用一件尺寸和重量与循环油泵转子相同的屏蔽电动机转子加载，变频电动机作为陪试机拖动试验装置运转。试验装置结构见图4。

图4试验装置结构图

4 工业运行情况

2017年9月，在用户现场进行泵组冷态试验。由于工业管路按热态设计，现场无法准确读出冷态下系统流量，因此水力性能采用关死点进行校核，温度以规定的最大使用电流490A进行较验。试验时系统温度120℃(此温度下柴油密度为800kg/m3)，电机变频运行在40Hz，运行情况良好，未发现异常情况。关死点水力性能数据记录见表3，温度校验数据见表4。