浅析蒸汽透平泵在炼油装置中的应用效果

吴学金　肖岷

摘 要：本文以哈薩克斯坦奇姆肯特PKOP炼油厂200万t/a重油催化裂化装置分馏塔底循环油浆蒸汽透平泵为例，介绍了蒸汽透平泵的工作原理、现场实际流程及运行情况，通过与备用电泵相比较，从生产运行数据和使用经济性等方面，分析蒸汽透平泵的应用效果。

关键词：催化裂化;蒸汽透平;运行数据;经济性;应用效果

1 概述

哈萨克斯坦奇姆肯特PKOP炼油厂现代化改造工程是中哈“一带一路”的重要项目，公用工程单元设置两台动力锅炉，单台设计产汽量180t/h，蒸汽系统分为：高压40kg/cm2、中压12kg/cm2、低压6.5kg/cm2三种压力等级，200万t/a重油催化裂化装置是炼油厂改造的核心装置，设计生产高压蒸汽149.5t/h，全厂蒸汽量足够富裕。从炼厂所处地区工业用电费用及资源配置合理性等方面考虑，装置现场设置了九台蒸汽透平泵，即：四台大机组润滑油泵、两台外取热器循环热水泵、一台凝结水泵、一台余热锅炉循环热水泵、一台分馏塔底循环油浆泵。

分馏塔底循环油浆泵作为重油催化裂化装置的核心设备之一，其运行情况的好坏直接影响到整个装置的安全长周期。PK炼厂催化装置设置两台分馏塔底循环油浆泵，一开一备，蒸汽透平泵（H-1015）为运行泵，采用中压饱和蒸汽（12kg/cm2，225℃）驱动，电泵（H-1016）为备用泵，自装置首次开工以来，蒸汽透平泵一直运行稳定，与电泵相比应用效果更佳。

2 蒸汽透平泵的工作原理

蒸汽透平是指一种将蒸汽的热能直接转换成机械能的原动机，它将蒸汽的热能转变成透平转子旋转的机械能，这一转变过程需要经过二次能量转换。

蒸汽热能转变成高速流动的动能的过程，仅在喷嘴（静叶片）中进行，而工作叶片（动叶片）只是把蒸汽的动能转换成透平转子旋转的机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能（汽体流速降低），而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低，这种称为冲动式蒸汽透平。

蒸汽在透平中做完功后，在高于大气压力（0.1MPa）下排出，排汽要供其他用户使用，这种蒸汽透平称为背压式蒸汽透平。

只有一个叶轮的蒸汽透平称为单级蒸汽透平，这种透平功率小、转速高、效率低，一般用于驱动大型水泵、油泵、引风机和鼓风机等设备。

H-1015属于冲动背压式单级蒸汽透平泵，蒸汽热能经过透平喷嘴转化为动能，流过叶轮时蒸汽冲击叶片，推动叶轮转动，转换为透平转子旋动的机械能，透平转子通过联轴器与泵转子相连接，从而驱动泵转子旋动，带动泵叶轮叶片转动，最终转化为介质循环油浆的机械能。

3 现场工艺流程简述

从蒸汽总管网出来的中压饱和蒸汽（12kg/cm2，225℃），进入蒸汽透平驱动透平转子旋动，通过联轴器相连接使泵转子旋转，带动泵叶轮叶片转动完成循环油浆的加压循环目的。做完功后排出的低压蒸汽（6.5kg/cm2，185℃）与其他设备和装置来的低压蒸汽汇集后送至公用工程单元，在板式换热器中与循环冷却水进行换热后冷却成低压凝结水回收至凝结水回收罐中，再通过两台凝结水泵加压送至化学水处理单元，处理合格后回收至除氧水罐可以进行再次利用。现场工艺流程见图1。

4 运行情况分析

以循环油浆蒸汽透平泵H-1015和电泵H-1016分别在装置80%负荷、100%负荷下运行为例，取该负荷下十组循环油浆瞬时流量数据（见表1），并且计算出平均实际流量（见表2）。

4.1 运行数据方面分析

蒸汽透平泵H-1015自2018年8月首次开工以来，运行状态良好，备用电泵H-1016只有在装置开停工或其他特殊情况下进行临时切换使用。从以上表2中的数据可以看出，H-1015运行时的各项参数都与H-1016相接近，完全可以满足工艺操作要求，而且表1中的十组数据也可以得出，蒸汽透平泵H-1015运行时循环油浆的实际瞬时流量更加稳定一些，更加接近设计流量值。

4.2 经济效益方面分析

按照装置100%负荷运行，年运行时间T=300d=7200h，蒸汽透平泵H-1015进汽量Q=11.4t/h，进汽焓I1=2783kJ/kg，排汽焓I2=2653kJ/kg，燃料气价格B1=917元/t，燃料油价格B2=220元/t，炼厂工业用电价格M=0.414元/kW·h，燃料气热值E1=49421kJ/kg，燃料油热值E2=44000kJ/kg。

①蒸汽透平泵H-1015投用后，和电泵H-1016运行状态相同时，节省炼厂用电W=224kW/h，年节省效益：S= WMT=224*0.414*7200≈67万元;

②增加排汽耗费：S1=B1Q（I1-I2）T/E1=917*11.4*（2783-2653）*7200/49421≈20万元（燃料气）;S2=B2Q（I1-I2）T/E2=220*11.4*（2783-2653）*7200/44000≈6万元（燃料油）;

③年增收效益为：△S=S-S1=67-20=47万元（燃料气），△S=S-S2=67-6=61万元（燃料油）;

④汽轮机购机费用20万元，配套管线和阀门花费约5万元，合计投资S3=25万元，投资回收期：TC1=S3/△S=25/47=0.53年（燃料气），TC2=S3/△S=25/61=0.4年（燃料油）。

通过上述经济效益分析可得，蒸汽透平泵H-1015在炼油装置的应用中，虽然一次性投资比较高，但是用5～6个月即可收回投资成本，经济效益非常可观。

5 结语

蒸汽透平泵运行稳定，系统安全性高，连续运行时间长，能够满足生产工艺要求。在炼油装置的应用中，不仅可以实现蒸汽的综合利用，提高能源的利用率，达到节能降耗和环保效应并举，而且还节省了大量电费，具有显著的经济效益和社会效益，因此这项技术值得在炼油化工行业中大力推广应用。

参考文献：

[1]董仲美.小型汽轮机拖动合成氨厂循环水泵的应用[J].石油和化工节能，2013（03）：26-27.

作者简介：

吴学金（1992- ），男，宁夏银川人，本科，中国石油宁夏石化公司工程师，2015年毕业于中国石油大学（北京）热能与动力工程专业，研究方向：动力工程。