减压塔顶抽真空系统是常减压蒸馏装置的关 键设备，其作用是将减压塔内产生的不凝气和吹 入的水蒸汽连续抽走以保证减压塔的真空操作要 求［1］。目前大型常减压装置采用的减压塔顶抽 真空技术，主要分为三级蒸汽抽真空技术以及两 级蒸汽抽真空+ 液环泵技术。相比三级蒸汽抽真 空技术，两级蒸汽抽真空+ 液环真空泵技术可以 减少蒸汽、循环水的耗量以及酸性水的排放量，近 几年开始在大型常减压装置中得到普遍应用［2］。 本研究针对国内某新建千万吨级大型常减 压蒸馏装置，该装置抽真空系统选用国外成套 的两级蒸汽抽真空+ 液环真空泵技术。在装置 开工试运转过程中，出现了液环真空泵进水量 大，气液分离罐排水不及时，导致电机超载停机 现象，影响了减压塔的正常操作和长周期运行。 下文对出现故障的原因进行了分析，并提出了 解决方案。
1 减顶抽真空系统工作流程及设计参数
1． 1 工作流程
该常减压蒸馏装置的成套抽真空主要工艺流 程如图1 所示。其中一级、二级蒸汽喷射器均由 3 台设计负荷60%，40%，20% 的喷射器并联组 成，以适应不同处理量的工况。主要流程如图1 所示。
来自减压塔顶的减顶油气( 包括不凝气、水 蒸汽以及可凝油等) 被一级蒸汽喷射器吸入后， 与动力蒸汽一起排入一级抽空冷凝器［3］，分出的 液体通过自流管线( 俗称大气腿) 流入减顶分水 罐; 分出的气体被吸入二级蒸汽喷射器进行二级 抽真空后，进入二级抽空冷凝器。二级抽空冷凝 器分出的液体排入减顶分水罐，分出的气体被液 环真空泵吸入压缩后，排至气液分离罐，在其中实 现水、油、不凝气分离。其中水相作为工作液经冷 却后返回液环真空泵，不凝气进入减顶分水罐与 其余不凝气汇集一同送入下游气体增压脱硫系 统; 油相经液位控制阀排出至减顶分水罐，排液管 线的口径为DN40，液控调节阀口径为DN25。另 外，为稳定工作液在液环真空泵气液分离罐内的 液位，在罐顶设置了由液位控制阀调节的补充水 线。该减顶抽真空系统还配置了三级蒸汽喷射器 和三级抽空冷凝器，作为液环真空泵不能正常操 作时的备用措施。
1． 2 设计参数
抽真空系统设计参数见表1。由表1 可以看 出，经过一级、二级抽空冷凝器的冷凝，液环真空 泵吸入口的净进水量设计值很小，约为350 kg /h。
表1 减顶抽真空系统设计参数
2 存在故障
2017 年初该装置开始进行整个减压抽真空 系统的试运转。按照抽真空系统的开工顺序，首 先开启液环真空泵，此时液环真空泵运转正常，当 液环真空泵入口压力达到设计值66． 48 kPa 时， 先后投用二级抽空冷凝器以及二级蒸汽喷射器， 现场很快发现液环真空泵气液分离罐内水侧、油 侧液位快速上升，操作人员迅速将此分液罐排液 调节阀阀门开度调至100% ，同时打开调节阀副 线阀门辅助排水，关闭补充水调节阀及其前后 切断阀。但仍排液不及时，最终导致液环真空 泵内液位过高，泵电机超载停机。整个过程历 时约2 h。
3 原因分析
经过故障排查，排除液环真空泵设备本身的 问题，确定了造成液环真空泵进水量大、气液分离 罐排水不及时的可能原因。
3． 1 二级抽空冷凝器未将蒸汽彻底冷凝 在二级抽空冷凝器未将蒸汽彻底冷凝的情况 下，大量未冷凝蒸汽通过二级抽空冷凝器气相出 口进入液环真空泵吸入口，导致气液分离罐进水 量较大。通过现场二级抽空冷凝器气相出口温度 计，发现其读数在设计值40 ℃范围内，同时对冷 凝器设计参数的校核来看，换热面积满足要求，此 项原因可以基本排除。
3． 2 二级抽空冷凝器内积液较多
二级抽空冷凝器内积液较多，会导致冷凝液 被大量夹带至气相出口溢流入气相管线，进而流 入液环真空泵。根据二级抽空冷凝器图( 见 图2) ，此冷凝器壳程进口N1 在最右侧，壳程内共 有4 个折流板，分别是折流板Ⅰ ～ Ⅳ，气相出口 N2 与液相出口N3 分布在折流板Ⅰ，Ⅲ两侧，冷 凝器壳程内所有冷凝液汇集后均从液相出口N3 排出。同时发现气相出口N2 位于冷凝器中心线 偏下位置，根据计算，气相出口管嘴下沿距离冷凝 器底部仅为175 mm，若累积一定量的积液，积液 很容易被夹带至气相出口管线，从而进入液环真 空泵。通过分析，导致二级抽空冷凝器内积液较 多的原因可能有如下几项:
( 1) 二级抽空冷凝器壳程内杂物较多，冷凝液 自流受阻，流通不畅，无法及时顺利流至液相出口 N3 而产生积液，外加气相出口下沿距冷凝器底部 较近，积液很容易进入气相出口流至液环真空泵。 在此项原因需待冷凝器抽芯检查后予以证实。
( 2) 二级抽空冷凝器折流板底部通液口较 小，冷凝液自流不畅，无法及时顺利流至液相出口 N3 而产生积液。查阅资料，发现气相进口温度为 209 ℃，气相出口温度为40 ℃，液相出口温度为 58 ℃，因此图2 液相出口N3 右侧的温度应在 58 ～ 209 ℃，液相出口N3 左侧的温度应58 ～ 40 ℃。根据该冷凝器壳程温度-未冷凝气量数据 ( 见表2) ，当气相从进口209 ℃冷却到63 ℃时， 冷凝下来的液相量为2 381． 1 kg /h，由于液相出 口N3 靠近折流板Ⅲ右侧位置，因此该部分凝液 应该能够排出壳体。气相由63 ℃冷却到40 ℃， 冷凝液量为1 993． 1 kg /h，该部分凝液很大比例 位于折流板Ⅲ左侧，需要穿过折流板Ⅰ，Ⅲ流至液 相出口N3。若按气相由58 ℃冷却到40 ℃，仍有 至少861． 1 kg /h 的冷凝液穿过折流板Ⅰ，Ⅲ流至 液相出口N3。进一步分析折流板Ⅰ，Ⅲ下部结构 ( 见图3) ，发现在外径为992 mm 的折流板底部 只开了一个很小的通液口，该通液口开口角度为 90°，开口距离壳程底部的高度为25． 6 mm，最大 宽度为50 mm ，流通面积仅为6． 46 cm2。根据折 流板Ⅲ与管板间冷凝液量，在完全靠自流的情况 下，冷凝液很难及时穿过折流板Ⅰ，Ⅲ下部通液口 流至液相出口N3，很容易发生冷凝液流动不畅造 成壳程积液。要解决此问题需对折流板Ⅰ，Ⅲ下 部通液孔进行适当扩大。
( 3) 与二级抽空冷凝器液相出口相连的二级 大气腿管线流动不畅，液体无法及时从冷凝器内 排走，导致二级冷凝器内发生积液。根据表1，二 级抽空冷凝器压力小于减顶分水罐压力。因此大 气腿内液相完全靠高度差克服阻力降及压力差流 至减顶分水罐。从现场情况看，大气腿高度为 15． 6 m，已满足自流的高度要求，同时管线布置上 也全部采用45°弯头，全程“步步低”的形式接入 减顶分水罐。但存在着管线走向复杂、弯头较多， 没有以尽量短的路程接入减顶分水罐的问题。这 可能会导致大气腿管线内液相流动时阻力降较 大，液体无法及时从二级抽空冷凝器内排走，发生 积液。
3． 3 液环真空泵气液分离罐排液管线不畅 在液环真空泵气液分离罐排液管线不畅的情 况下，会导致在进水量大的情况下，多余的水无法 及时排出。造成气液分离罐排液管线不畅的原因 可能有如下三个:
( 1) 根据表1，液环真空泵气液分离罐压力与 减顶分水罐压力接近，因此需产生足够的高度差， 使得该罐内的排液克服阻力降自流进入减顶分水 罐。由图1 可知，液环真空泵气液分离罐排液管 线接至三级大气腿管线后进入减顶分水罐，经测 量，此管线液位高度差仅为1． 8 m，一旦管线阻力 降过大，很容易发生排液不畅。
( 2) 从气液分离罐排液管线布置看，存在管 线走向较复杂、弯头较多的情况，增大了管线自流 时的阻力降，不利于排液。
( 3) 排液管线上设置了液控调节阀及相应的 调节阀入口缩径，增加了流动阻力，同样不利于 排液。
4 解决措施
经上述分析，对于该装置抽真空系统，采取了 以下处理措施:
( 1) 将二级抽空冷凝器抽芯检查，发现在该 冷凝器壳程内确实存在着大量铁屑等杂质，这些 杂质堵塞了通液孔，影响了壳程内冷凝液的流动 性，容易造成积液。于是对二级抽空冷凝器壳程 进行了人工清理，除去杂质。
( 2) 在不影响冷凝器换热效果的情况下，设 法扩大折流板Ⅰ，Ⅲ底部通液口。通过计算，决定 将此冷凝器抽芯后，切除图4 中所示的折流板Ⅰ， Ⅲ下方ABCDE 围成的阴影部分，使得通液口的 面积增加为54． 1 cm2，为原来面积的8． 4 倍。以 解决折流板Ⅰ，Ⅲ底部通液口过小，容易被管道的 锈渣等堵塞，导致部分冷凝液很难顺利穿过折流 板Ⅰ，Ⅲ流至液相出口N3 ，造成积液的问题。
( 3) 为使液环真空泵气液分离罐排液管线更 顺畅，应首先考虑增大气液分离罐与减顶分水罐 间高度差，同时该减顶分水罐上应留出此排液管 线的单独进口。但考虑上述整改措施实施难度及 成本较高，决定将气液分离罐排液管线由接入三 级大气腿管线，改为接至靠近减顶分水罐下部的 含硫污水泵入口线上，以提高自流排液时的高度 差，提高排液推动力。
( 4) 将液环真空泵气液分离罐排液调节阀副 线口径由DN25 修改为DN40，在分液罐急需排液 时，可以及时启用此副线加快排液。同时整改气 液分离罐排液管线布置，尽量减少弯头数量，使得 管线以最短的路程汇入减顶分水罐，以降低管线 自流阻力。
整改后，依次重新开启液环真空泵、二级抽空 冷凝器以及二级蒸汽喷射器，液环真空泵气液分 离罐水侧液位仍有上升，但速度已远低于改造前， 液环真空泵电机也未出现超载报警。待二级喷射 器压力达到设计值－ 92． 53 kPa 后，先后投用一级 抽空冷凝器、一级蒸汽喷射器， 50 min 后，减压塔 顶压力成功达到抽真空系统设计值－ 98． 40 kPa。 整个过程中，液环真空泵气液分离罐内水侧液位 缓慢上升，但由于液位始终不高，未导致电机超载 停泵。运行约24 h 后，分液罐内油侧液位开始过 高，气液分离罐开始排液，此时发现排液不畅，排 液速度较慢，判断可能是由于排液管线内存在气 体产生气阻，影响排液自流所致。通过调节气液 分离罐压控阀开度，改变排液压力，最终消除排液 管线内的气阻，实现顺利排液。
目前该常减压蒸馏装置已经开工，减压抽真空系统运转一切正常，各项指标达到设计值，验证 了之前故障原因分析和解决方案的正确性。
5 结论
抽真空系统在低于大气压甚至接近真空的状 态下操作，内部设备之间的压力差值很小，液相主 要靠高度差来克服阻力降进行流动，很容易出现 液体在设备或管线内流动不畅的情况，为保证常 减压抽真空系统的正常操作和长周期运行，抽真 空系统设计应重点关注以下几点:
( 1) 启动抽真空系统前，应通过吹扫、排净、 乃至抽芯检查等措施，保证重点设备抽空冷凝器 壳程的清洁度，确保冷凝液在壳程内流动畅通，不 易发生积液。
( 2) 抽空冷凝器折流板底部通液口面积应当 足够大，保证冷凝液顺利穿过折流板流至液相出 口，减少冷凝器内积液现象。
( 3) 由于抽空冷凝器液相出口一般位于壳体 底部，因此气相出口距离冷凝器底部垂直距离应 当尽量远，管口最好朝上设置，使得冷凝液不被气 体夹带至气相出口。
( 4) 抽空冷凝器、减顶分水罐、液环真空泵气 液分离罐之间的压力差很低，排液基本管线靠高 度差克服阻力降自流，因此在进行抽空冷凝器与 减顶分水罐、气液分离罐与减顶分水罐的方位布 置时，应当留出足够的高度差，如抽空冷凝器底部 与减顶分水罐顶部之间的高差最好在15 m 以上。 气液分离罐顶部与减顶分水罐底部之间的高度差 最好在3 m 以上，以保证液体自流时有足够的高 差克服管道阻力。
( 5) 对于大气腿管线、液环真空泵气液分离 罐底部排液管线，管线口径最好在计算值的基础 上放大一些。同时应当尽量优化管线布置，减少 弯头数量，使得管线以全程“步步低”的形式，并 以最短的路程接入下个设备或管线，以降低管线 自流阻力降。