甲醇酸脱洗涤塔三段液位调节

徐 晨

（云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228）

我公司26万t/a甲醇装置的有效气负荷大于97%时，甲醇装置洗涤塔（C15201）的三段液位较高，阻力增大，从而制约装置的产能发挥。此时，甲醇装置产量740t/d，无法达标达产（780t/d）。研究后采取的措施为:在C15201的三段出口增加升压泵，由三段液位信号变频控制离心泵的转速，及时将C15201三段液体送走，调节并或者稳定C15201三段液位。

本文对C15201三段升压泵同步转速方案、全流量变频调节方案、优选流量范围的变频调节方案进行了对比分析，并总结了离心泵变频控制工艺负荷的注意事项。

1 技改措施

在甲醇装置酸脱洗涤塔（C15201）三段集液箱出口（N5） 至E15205之间新增一台升压泵，以提高管道疏通能力。三段集液箱液位，在现场液位计检测的基础上，新增远程液位计（LIC15215）。该液位信号用于变频控制升压泵P15212，调整、稳定C15201三段集液箱的液位。如图1所示。

2 设备配置方案

综合甲醇装置的有效气负荷调节需求，C15201出口升压泵（P15212） 要满足最小、正常、最大3个工况，并且在额定流量下，升压泵（P15212） 的扬程要≥3.5m。升压泵工艺参数详见表1。

2.1 同步转速时的运行方案

先考虑升压泵仅同步转速运行，离心泵的流量将采用出口阀调节。在额定工况下，扬程≥3.5m，因此将选型点确定为321m3/h，扬程为5.6m。

该泵性能曲线如图2所示。

该泵的工作点在叶轮直径为φ300的一条性能曲线上。当出口阀进行开度调节时，泵运行在曲线上所示的各个工作点。泵的的转速为730r/min，轴功率为6.4kW，电机功率为11kW。

额定工况点能满足工艺所需的扬程、流量的要求，但流量调节采用的是出口阀开度调节方式。

2.2 同步转速条件下选型的变频调节

当采用变频调节时，在小于额定流量情况下，由于转速降低，离心泵扬程、流量将下降，因而需要进一步论证变频调节能否连续稳定维持C15201三段的液位。

将2.1中离心泵进行变频操作，当离心泵转速为578r/min时，对应流量为254m3/h，扬程为3.5m。在146～254m3/h流量范围，该C15201的三段升压泵扬程将小于3.5m。即电机转速低于578r/min，流量低于254m3/h时，泵的扬程将无法克服C15201三段出口的管道阻力，如表2。

图1 液位控制简图

表1 升压泵工艺参数要求

2.3 全流量范围变频调节控制

2.3.1 全流量范围变频调节

C15201三段出口流量的需求范围是146～321m3/h，且扬程≥3.5 m3/h，因此离心泵扬程小于3.5m时，无法克服三段出口管道阻力，离心泵、管道也可能突然失去流量。以离心泵最小流量为146m3/h，且此点的扬程为3.5m为依据，据此核算、选择离心泵，型号为EAP 200K4-250-G。当该泵变频调速至1605r/min，达到额定流量321 m3/h时，此时扬程为16.9m；该泵轴功率为18.7kW,电机功率为30kW。泵变频控制的参数见表3。

图2 同步转速运行性能曲线

表2 升压泵变频调节参数

表3 全流量范围变频调节的参数

2.3.2 全流量范围变频调节离心泵与恒转速离心泵的差异

与同步转速运行条件所选离心泵变频调节相比，全流量范围调节的电机功率由11kW变为了30kW,驱动电机由8极机改选为4极机。全流量调节虽然能够满足工艺的流量范围，但各个流量点扬程富余量大，所选电机功率较高。

2.4 优选流量范围的变频调节控制

同步转速所选离心泵，在采用变频调节时，低流量时扬程不足，不能克服管道阻力，即所谓的打不起量。而全流量范围进行变频调节，要求各个流量点对应的扬程均要≥3.5m，各个流量点扬程富余量太大，所选电机功率过大，能耗高不经济，也会增加一次性的投资费用，因此要合理确定调节的流量范围。

2.4.1 优选工艺操作流量范围

将上述核算情况再次与工艺部门讨论，并建议细致分析确定C15201三段出口的实际流量范围，最终重新考虑C15201三段出口升压泵的变频调节操作范围为180～300m3/h。因此将180m3/h流量点的扬程定为3.5m。据此核算离心泵参数，并选型。当流量为300m3/h时，电机转速升高至945r/min，轴功率为11.6kW,电机功率为18.5kW,电机为6极电机。详见表4。

表4 优选流量范围变频调节参数

2.4.2 优选流量范围特性曲线及工作点

所选的离心泵性能曲线见图3。

图3 离心泵的各个工作点

绘制出530r/min、707r/min、883r/min（叶轮直径Φ320） 等几种转速的性能曲线。离心泵变频调节时，工作点在不同转速曲线上。

3 离心泵变频控制注意事项

从C15201出口升压泵的核算、选择过程来看，变频调节的离心泵选型与恒定转速离心泵核算、选择有很大的不同之处。

3.1 变频调节离心泵的性能保证点

3.1.1 变频调节特性

变频离心泵操作的最小流量点，需要满足工艺要求的扬程，以便克服管道阻力，避免转速降低到一定程度后扬程低于管道阻力，使离心泵中断流量。如果变频离心泵是自动控制，所需流量点的扬程不能克服管道阻力，离心泵的流量将在中断与输送两者间不断变化，流量大幅波动。

如图4所示，离心泵电机转速从n1调节到n2转速，流量从Q1减小为Q2，扬程逐渐降低。如果Q2为工艺操作要求的最小流量点，Q2点的扬程必须大于后续管路的阻力损失。

图4 变频调节性能曲线

3.1.2 同步转速出口阀调节特性

当采用出口阀门调节时，离心泵的性能保证点为工艺操作要求的最大流量点。该点要满足工艺所要求的扬程。如图5，当关小出口阀，流量从Q1逐渐降低至Q2，扬程从H1增大至H2，因此不会出现低流量扬程不足的问题。

图5 出口阀调节性能曲线

3.2 合理选择变频调节流量范围

设计院、工艺单位提供的工艺数据，流量操作范围比较宽。如果要求变频调节，最小流量点必须满足扬程要求。扬程以流量的平方关系增加，流量达到额定流量时，扬程富余度将变得很大，轴功率也变得太大。因此，变频调节的流量范围，需要选择为经常操作的流量区间。甲醇洗涤塔（C15201） 出口升压泵（P15212），如果选择146～321m3/h的流量范围为变频调节，电机功率将选择为30kW；但在优选的180～300m3/h范围内变频调节，电机功率只需要18.5kW。实际生产中，偶尔需要在优选流量区域外的小流量点操作，可现场适当关小离心泵出口阀，即同时采用变频调节和出口阀调节，就可以满足工作要求。

4 结语

我公司26万t/a甲醇装置洗涤塔（C15201）三段出口，增加了升压泵（P15212），并采用合适的负荷调节方式，选择了合理的流量调节区间，从而使C15201各段以及升压泵（P15212）始终能够稳定运行，最终完全消除了酸脱洗涤塔（C15201）的拦液现象。装置可以高负荷运行，实现达标达产（780t/d），日产量最高可达到820吨。