某大型常减压蒸馏装置液环真空泵系统 故障分析及对策

发布时间:2018/10/30 14:30:51     作者:     来源:本站

标签:

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,…

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。

相关资讯

  • 泥浆泵凹槽形仿生活塞寿命试验及耐磨机理分析

    前言泥浆泵是石油钻探的重要设备,是向井底输送高压泥浆并将钻屑带回地面的动力核心。活塞与缸套是泥浆泵实现循环的最重要部件,其性能直接影响钻井效率与能耗。实践证明,泥浆泵最容易失效的部件就是活塞-缸套组,其中活塞更换最为频繁,泥浆泵80%的失效形式是由活塞磨损严重…

    2018/11/19 11:57:15
  • 化工离心泵的密封形式你知道吗

    化工离心泵有单级单吸离心泵,机械密封是离心泵的重要组成部件,对于机械密封的性能你了解多少呢?密封是防止气体、液体或者固体的泄漏与组织外部颗粒、流体进入密闭空间或管道系统的功用。能起密封作用的零部件称为密封件。较为复杂的密封连接称之为密封结构或密封装置,对于…

    2018/11/19 11:24:39
  • 耐腐蚀泵用流量控制阀性能及工作原理介绍

    耐腐蚀泵是化工行业输送腐蚀性液体常用的机械设备,操作简单,适用方便,安装耐腐蚀泵时控制阀也必不可少,主要起到液体流量大小控制及用户参数要求的调整,流量控制阀又称400X流量控制阀,是一种采用高精度先导方式控制流量的多功能阀门。适用于配水管需控制流量和压力的管路…

    2018/11/19 11:22:11
  • 马氏体不锈钢高温氮固溶处理对耐蚀性的影响

    对钢制品表面进行氮化和渗碳处理可以提高钢制品表面的力学性能。含Cr的耐蚀性优良的不锈钢存在着耐磨性不良的问题。但采用上述表面处理方法,有可能对不锈钢原有的耐蚀性产生影响。本研究曾将高温氮固溶处理用于铁素体不锈钢,证明高温氮固溶处理铁素体不锈钢的表面硬度和耐蚀…

    2018/11/19 11:04:14
  • 真空出料齿轮泵零部件的修复

    真空出料齿轮泵是采用离心泵和齿轮泵相结合的两极泵,由增压装置、定位板、主被齿轮轴、滑动轴承套、机械密封、前后盖、密封压盖、机械密封等结构组合而成。高真空出料泵技术目前填补真空蒸馏用泵一大空白,增压装置型线是泵的重要核心核心,强有力的真空抽出性能将介质推送至…

    2018/11/19 10:39:01