脱丁烷塔回流泵抽空原因分析与处理方法

2019-05-23李武平姜志华石晓棠武玉双蔡博赵艳辉

石油石化节能 2019年4期

李武平姜志华石晓棠武玉双蔡博赵艳辉

（1.中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司；2.华北油田公司第五采油厂）

炼厂的脱丁烷塔回流泵是将脱丁烷塔回流罐底的液态烃一部分作为冷回流返回塔内，保持传质传热平衡，一部分C4产品作为液化石油气产品输出到下一个装置。常用的泵以离心泵居多，离心泵运行过程中，受到离心力的驱动，液体沿着叶片流道被甩出，甩向叶轮出口，而液体由蜗壳负责收集，并且送入排出管。液体从叶轮中获得能量，使得压力能和速度适量增加，将液体输送至生产位置[1]。脱丁烷塔工艺流程如图1所示。

1 脱丁烷塔回流泵抽空现象及问题提出

石家庄炼化分公司的120×104t/a连续重整装置于2014年8月19日首次开车成功，正常工况下，脱丁烷塔的压力控制在0.9～1.1MPa，回流流量控制在9～10t/h，塔底采出流量控制在4.5～5.0t/h。

该装置进入夏季生产时，随着外界气温的升高，在每天的10点至20点，脱丁烷塔塔顶回流流量就会出现显著波动（图2），严重时脱丁烷塔回流泵抽空，致使塔操作紊乱。离心泵抽空会使泵密封面处于干摩擦状态，导致密封件“烧裂”，甚至还会造成整机过热等更严重的后果[2]。

2 脱丁烷塔回流泵抽空原因分析

离心泵抽空是其运转过程中常见的故障问题，究其原因可能是受吸入管路堵塞影响或因泵内有气体存在，致使液体无法顺利进入泵内。此外，也有相关研究指出，可能是有砂石颗粒对离心泵进口过滤器造成堵塞或不合理的泵的几何安装高度等原因造成[3]。如中海炼化惠州炼化分公司连续重整装置2016年发生脱丁烷塔参数持续波动，塔顶气相流量大于一定数值后塔的操作容易紊乱，经检查分析原因为铵盐堵塞管路造成操作压力不平稳[4]。

在一定温度和压力下，物质的液相和气相可以相互转化，这是物质所固有的物理特性。当泵叶轮入口附近的最低压力 pk小于该温度下被输送液体的饱和蒸气压 pv时，液体在叶轮入口处就会气化，同时溶解在该液体中的气体也逸出，形成大量小气泡。当气泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面液体的压力高于气泡内气化压力，则气泡会凝结溃灭，形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲击，造成液体相互撞击，使局部压力骤然剧增（有时可达数百大气压），阻碍液体正常流动[5-6]。当流道中局部的压力降低到接近液体在该温度下的饱和蒸气压时，液体中就开始有气泡产生；当气泡大量产生时，“堵塞”叶轮流道使液流的连续性被破坏，泵的运转特性受到影响，出现“断裂”工况。这种从气泡产生到“气阻断流”的全过程称为“汽蚀”，也可叫做“空化抽空”。

图1 脱丁烷塔工艺流程示意图

如果电动机的转速不够，不能输送足够的功率，对液体做功不够，会出现间歇抽空的状态[7]。

针对炼化分公司脱丁烷塔回流泵抽空的原因，通过应用伯努利方程等工程流体学知识分析计算管道压降[8]，应用传热学知识分析计算离心泵入口温度、估算液化气的饱和蒸气压并与实际压力进行比对[9-10]，排除了因铵盐结晶堵塞管路、管内有空气、泵选型及几何安装高度不合理的原因。

在对问题的探索中发现，脱丁烷塔回流泵出口中，返塔高度约25m，产品出口管线高度约3m，故从仪表和工程设计上寻找原因（图2）。

图2 脱丁烷塔仪表控制回路示意图

通过分析发现，在仪表设计控制回路中，泵出口流量与回流罐液位串联控制，灵敏塔盘温度和液化气出装置量串级控制。脱丁烷塔塔顶回流流量、液化气出装置流量孔板取压方式错误，孔板引压管应为“下引”，现场实际为“上引”（图3）。取压方式的错误导致夏季每天10点至20点之间，管路中的气体被孔板测量到。当管道内气态物质较多时，会错误地将液化气产品外甩量加大以平衡泵出口总量，造成实际返塔液体大量减少，回流泵出口至控制阀之间的管线中气体大量形成，脱丁烷塔操作压力下降，泵入口液体压力下降气化，进而影响泵的运行。

图3 回流、液化气出装置现场孔板上引

图4 回流罐出口减油线现场（已加保温）

脱丁烷塔回流罐减油线设计没有保温（图4），此条管线一到午后，太阳光直晒此管线，造成管路中液化气因温度升高而气化。

为了解决上述问题，在脱丁烷塔回流泵泵体顶部安装遮阳板，减少阳光直射导致泵体与入口管道升温，将2块仪表孔板取压方式改为“下引”。对脱丁烷塔回流泵的出入口管线全部进行了防腐保温，防止了管路中形成气体。脱丁烷塔回流、液化气外甩量控制均改为手动控制，要求脱丁烷塔回流泵换泵时运行泵出口阀只开2扣。脱丁烷塔回流、液化气外甩量控制阀后手阀限位只剩2扣；同时考虑到液化气在常压下易气化的特点，对塔进行提压操作，将塔压提至0.990MPa；冲洗脱戊烷塔顶空冷，脱戊烷塔顶冷后温度由70℃降到45℃，更多的轻组分变成液相冷却下来，去脱丁烷塔轻组分相应增多，产量增加，让脱丁烷塔更易控制。经过改造，脱丁烷塔回流泵抽空问题得到了彻底解决。

该问题的彻底解决，避免了离心泵因抽空停运造成泵损坏和产品不合格带来的经济损失，降低热能约1400kW/d，同时降低了劳动强度，保证了生产的安全平稳运行。