轻烃芳构化装置吸收塔中段回流泵低处理量工况改造

张睿(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江 宁波 315812)

0 引言

随着“碳达峰碳中和”顶层设计文件的出台实施，各领域、各行业积极做出响应，加快制定完善政策体系。作为石油化工高能耗行业，认真落实“碳达峰碳中和”的部署要求，节能降耗、安全环保更是大势所趋。从深挖装置潜力，节能降耗的角度出发，重点梳理装置内机泵能耗大，性能曲线偏离额定点较多的设备。

制定改造措施，使机泵的实际运行参数更加接近优先工作区，达到既节能又可延长机泵使用寿命的目的。本文以某装置吸收塔中段回流泵叶轮改造为例，如实的记录了从问题暴露，到方案筛选，再到改造实施，问题解决的整个过程。通过此次改造，笔者希望能够为其他使用同类装置的单位和部门提供实践参考。

1 项目背景

50万吨/年轻烃芳构化装置，吸收塔中段回流泵0254-P213A/B/C，原设计额定流量为488 m3/h,装置正常平稳运行期间，两开一备。其中0254-P213A/B为屏蔽泵，0254-P213C为离心泵。在当前装置实际负荷下，0254-T202中段抽出回流量为217 m3/h，9月份为166 m3/h，工艺流程如图1所示。2020年12月装置标定后发现，该泵不仅在低负荷工况时运行一台机泵即可满足工艺生产需求。在高负荷工况下运行一台机泵，较设计额定流量仍偏低，实际运行流量虽在允许工作区间，但距优先工作区域较远，机泵选型参数过大，造成较大的能源浪费。

图1 吸收塔中段回流泵流程图

2 优化措施

本次改造主要从两个方面考虑：

(1)节能降耗。

(2)使机泵在尽量靠近额定点位置的最优工况下运行。

通过改小机泵叶轮直径的方式，降低机泵额定流量、扬程，从而达到降低机泵轴功率的目的。实现本次改造的方法考虑两种：一种是重新制造泵体、叶轮及泵壳等部件，进行整体更换；另一种是采用切割叶轮的方法。

2.1 方案选择

2.1.1 重新制造叶轮和泵体

如图2机泵外形图所示，泵厂按照当前实际工况重新设计制造新叶轮，为保证口环间隙，需要重新铸造泵体。

图2 吸收塔中段回流泵外形图

由于泵体支撑的存在，在泵体铸造过程中需要满足：(1)新泵体支耳位置应与原支撑螺栓孔一致，保证新泵体能够正常回装；(2)新泵体出口、入口管径需与原管径一致，否则出、入口管线需重新配管；(3)新泵体内部流道需重新进行设计。经与制造厂家多次进行方案讨论。从制造成本、技术水平、施工周期等方面考虑，该方案可保留但非优先考虑。

2.1.2 切割改造原叶轮

将机泵整体拆除返厂，对原叶轮导叶进行修复改造，整体拆除返厂可以在改造完成后，进行转子动平衡、机泵水利性能等试验，保证改造效果。改造实施前，按照泵厂提供的随机资料我们对目标参数进行了理论计算，并对节能效果做出初步评估。原机泵额定点对应的扬程为52 m，对应流量为488 m3/h，设计叶轮直径为440 mm，设计最小直径为406 mm。由泵的相似定律，按照将叶轮直径切割至设计最小直径406 mm计算，在相似的运转工况下，泵扬程之比与其叶轮外径的平方成正比；流量之比与叶轮外径三次方成正比；泵轴功率之比与叶轮外径的五次方成正比。

计算后得：

切割后扬程H新=44.27 m

切割后流量Q新=383.36 m3/h

切割后泵轴功率P新=39.06 kW

经过理论计算，可知该泵在进行叶轮切削改造后，额定流量可降至383.36 m3/h，同时工艺专业给出装置最大负荷工况下，中段抽出返塔量为338 m3/h。可见机泵进行改造后不仅在装置低负荷工况下能够达到节约电能的目的，同时也能够满足最大负荷工况，且抽出量越大越靠近机泵额定点，对机泵的长期稳定运行越有利。改造施工过程，需要我方负责拆、装机泵及电气、仪表接线，将机泵装车整体运至泵厂。制造厂只对机泵叶轮导叶进行改造，并进行相应性能试验验证改造效果。

2.1.3 方案确定

通过上述对比可以看出，重新制造方案需要重新设计制造叶轮、泵体，同时改造过程技术支持、人员及资金投入均较大。而切割叶轮方案改造过程施工难度小，用时短，资金投入少。综合以上几点考虑，最终确定选择切割叶轮方案。

3 项目预期

项目建设预期目标：按照改造后理论计算，年可节约电费=(55-39.06)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈7.498万元/年，预计投资回收时间：2个月收回投资费用。

4 实施过程

(1)设计：合肥新沪屏蔽泵有限公司承担设计、改造施工及性能试验。

(2)采办：改造项目费用来源为日常检维修费用，如表1所示。

表1 改造费用明细

(3)安装施工：本次改造施工，由维保单位岳阳长炼机电工程技术有限公司动设备专业承担，电气、仪表专业配合。2021年10月14日机泵整体拆除返厂改造，2021年11月6日改造完成回装，2021年11月12日正式投用。

(4)验收：机泵改造后，在泵厂试验台测试性能试验合格，并出具实验报告。安装完成投用，电机电流：96.5 A，功率：41.2 kW，功率因数：0.677，各项运行参数正常。

(5)机泵参数对比，如表2所示。

表2 机泵参数改造前后对比

(6)性能曲线对比，如图3和图4所示。

图3 改造前泵性能曲线

图4 改造后泵性能曲线

5 改造效益及效果

(1)项目投资执行情况：项目投资主要为机泵叶轮切割、性能试验、往返运费等。项目费用来源为设备日常检维修费用，施工费用未额外增加，低于概算。

(2)效益预期实现情况：目前0254-P213B运行期间实时电机功率为41.2 kW，按照满负荷运行工况计算，每年可节约电费(55-41.2)kW×8 400 h/a×0.56元/kW·h≈6.49万元/年，接近预期。

(3)改造技术效果：安装施工结束后，该泵于2021年11月12日正式投入运行，机泵投入运行后，电流由原110 A下降至96.5 A，轴功率由原55 kW降低至当前46.7 kW，机泵出口压力3.1 MPa，目前机泵运行平稳，轴承温度、振动等各项参数满足工艺操作要求。

6 结语

装置建设期间部分转动设备的理论设计选型，与正常生产中实际工况往往会存在偏离，机泵实际性能与工况不吻合的情况比较常见。造成这种情况的原因较多也比较复杂，机泵厂家在制造过程中的误差；装置开工后介质组分的偏离等，都会对机泵的实际运行状态产生影响。通过本次改造，我们积累了相关方面的经验，对如何在诸多解决问题方法中选择最优方案，在今后处理类似问题时有着重要的指导意义。同时，本次改造过程也为其他同类装置类似问题的处理提供了实践案例，具有推广价值。