高压氨、乙稀的用泵选型要求www.aufine-pv.com2011-07-15 09:11 1.工况特点
高压氨泵用来将液氨从大约2.3MPa升压到约22MPa,然后高压液氨进入高压甲铵喷射器,作为甲铵喷射器的动力液,引射高压高温强腐蚀性的甲铵液,两者混合后一起进入尿素合成塔[合成压力约14~15MPa(G)]。采用此喷射器的目的是为了减轻高压甲铵泵苛刻的工作前提。高压甲铵泵不直接放在合成塔前,而是设置在甲铵冷凝器和预热器之前,因此工作温度从155℃降到80℃,甲铵溶液的浓度也降低,使甲铵泵的腐蚀疲劳问题获得处理完成。如计入甲铵喷射器的压降值,高压氨泵的排出压力比尿素合成塔的压力约高达20MPa(G)。该泵的工况特点如次:①液氨的相对疏密程度小,根据温度不同为0.58-0.63,因此,对相同压差,比水的扬程高得多。液氨蒸气压高,降低压力时极易汽化,机械密封选型时要加意。②液氨有毒,轴封不允许泄漏。泄漏出的液氨汽化为氨气,是易爆性气体,归为ⅡA类、T1组。液氨汽化时产生低温会使机械密封冲洗水结冰,造成密封环损坏。③属小流量高扬程高压泵。尽管采用汽提法工艺后,尿素合成压力从水溶液全循环法的20MPa降至14~15MPa(G),但高压氨泵要求的压差仍高达20MPa左右,因液氨相对疏密程度小,扬程高达3500m左右,而泵的流量又很小,对日产1 765吨大型尿素装置,正常流量仅103m3/h,泵的最大工作压力为~25MPa(G)。④液氨腐蚀性小,过流件材质可用碳钢。当液氨减匪到常匪时,可能浮现-33℃的低温。因铜和氨能形成爆性性的络合物,因此泵的零件中禁止施用铜或铜合金(巴氏合金和沉淀硬怀锈钢除外)。⑤靠得住性要求高。该泵是合成塔液氨进料泵,一旦出故障,整个尿素装置全部停产,经济损掉巨大。此外,该泵价格昂贵,功率大,运行费用高,因此要求其靠得住性要高。2.泵型式的选择决定高压氨泵型式的重要因素是装置劳动能力和合成塔压力。在70年月以前,世界上的尿素生产大多采用水溶液全循环法工艺,合成压力约为20MPa,因高压氨泵压差大,基本上施用来去式泵。70年月开拍发C0。汽提和氨汽提工艺,合成压力降为l4~1 5MPa,氨泵压差响应减小,在大型尿素装置中,来去式和离心式高压氨泵并存,但中小型尿素装置仍施用来去式泵。据斯拉姆公司资料,可以施用高速离心泵的最小装置能力为日产750吨尿素。泵选型时,要结合建厂地的电价、维修能力和备件供应情况,从以下方面进行综合比力。①效率对比来去泵本身效率可高达90%,比离心泵高得多,但来去泵流量的调节不如离心泵利便。凡是用液力变矩器调速,液力变矩器效率低(80%),抵消了来去泵的部分节能效果。以日产1750吨尿素装置为例(见表-87),采用液力变矩器调速的来去泵,可比节省功率180~270kW(17.8%-24.5%),如采用进步先辈的变频电机驱动的,功率可进一步节约(节省360-450kW)。表2-87日产1750吨尿素装置不同型式高压氨泵的性能比力
泵的型式来去泵高速离心泵中速
机型五缸或七缸卧式高速部分流泵卧式筒型多级泵
级数10
流量,m3/h 115 115 115
扬程,m 3400 3400 3400
泵转速,r/rain 70~220 20500 7000
功率耗损,kW 830(用变矩器)650(用变速电机)11001010
流量调节规模,%30,~100 35~100 50~100
机组重量,t 22 7.2 16.4
外形尺寸(长×宽×高),m 7.5×2.5×3 5.2×2.1×2.4 6.5×1.4×1.3
②投资比力来去式高压氨泵布局复杂,重量大,投资高于离心泵。根据德国伍德公司资料,两者的相对投资比例可参见表2-88。
泵类型驱念头变矩器齿轮箱总计
恒速电念头(1500r/min)14.5 14.5 65 100
变速电念头(1500r/min)26.56597.5
变速电念头(3000r/min)31 54 85
汽轮机(冷凝式)42冷凝器3654132
③维修费比力来去泵布局复杂,填料、柱塞、阀门等易损件多,检修工作量大,费用高。而离心泵除机械密封、密封环为易损件外,日常维修工作量小,操作利便,可长周期运行。据国外祖父司统计,来去泵的年维修费大约是离心泵的5~6倍。④运转性能来去泵排压有脉动,要避免管道的共振或水击现象。来去泵轴封如施用油密封,如填料函内漏油量过大,对工艺生产有不利影响。离心泵的故障比来去泵少,运转靠得住性高,能保证尿素生产长周期运行。至于中小型尿素装置普遍施用的来去式柱塞泵,也应对不同机型的技术参数和布局特点进行比力。表2-89列出三家有代表性厂家生产的来去式高压氨泵的技术性能,从表中可以看出,WORTHINTON公司采用流量减半的泵,用开两台备用一台的体式格局,配管增多,占地面积加大。三者的功耗相近。影响柱塞和填料寿命的柱塞速度,以PERONl公司的最低。泵材质以PERONl公司的产物稍好。综括起来,这三家泵公司的产物技术性能相近,选用时再从价格方面作比力。
技术性能泵制造厂
WORTHINGTONPERONIBPCL/URACA
输送介质液氨
温度(最低/正常/设计),C-33/36~33/60
流量(最小/正常/最大),In3/h 12.5/32.7/41.5(开二台)25/65.6/83 25/65.6/83
流量调节规模,%30~100
进口压力(最低/正常/设计),ata 20/21/29
出口压力(正常),MPa 24
压差(正常),MPa 21.9 NPSHa/NPSHr,m 116/8.3 116/20 116/9.6
泵型号VQEH 86/178 PQ0 125/190 KD 827
柱塞数量/安插体式格局5/立式5/卧式5/卧式
柱塞直径/行程,mm 86/178 125/190 150/270
柱塞速度,m/s 0.26~0.86 0.25~0.81 0.27~0.9
泵转速(最低/正常/无上),r/min 44/115/145 38.8/101.8/128 30/79/1 00
泵额定轴功率,kW 275×2-550 562 552
减速器轴功率,kW 283×2-566 580 569
电念头功率,kW 350×2-700 700 650
重量(泵/底座),kg 10.3/1.1(每一台)14/3.2 13.2/1.5
设定压力,MPa 26.9
轴封型式双级填料密封,编织聚四氟乙烯填料
小,仅供装配用。泵体密封面经过精磨抛光,无须用垫片,保证了剖分式泵体各级密封环间隙的匀称准确。泵体上设有平衡通道,与泵进口相通,使高压侧和低压侧的轴封箱工作压力都降为泵吸入压力,改善密封前提。⑧叶轮该泵有l0个叶轮,背对背安插,以平衡轴向力,取消平衡鼓或平衡盘,减少维修器件。叶轮材质为17-4PH高强度不锈钢。④机械密封高压氨泵进口压力高,轴封腔压力~2.4MPa(G),且泵转速较高,液氨又易汽化,密封高难。该泵采用美国CRANE公司的28VL/28ST型串联式机械密封,类似于离心压缩机中的干气密封。从泵出口引出的冲洗用液氨,经过滤后通入内侧机械密封;外侧的机械密封是密封端面上带螺旋槽的非接触式干气密封,用N。气作缓冲气,流量1.8Nm3/h。摩擦副组对材质为碳化钨对石墨。采用干气密封是由于常规机械密封凡是用冷凝水作为缓冲液,氨降低压力时温度降低而使水结冰,会造成石墨环破裂。⑨轴承该泵的额定功率和额定转速的乘积是8.7×10e[(kW.r)/min],大于API610标准划定的2.7 X106划定值,故必须用流体动压轴承,即依靠轴颈(或止推盘)的反转展转,把润滑油带入轴(或止推盘)与轴瓦之间,建立起油膜压力以承受载荷。该泵的径向轴承和止推轴承均采用可倾瓦轴承。这种轴承是由多块可自由摆动的瓦块组成,在工况变化时能形成最佳油膜,抗振性好,不容易产落花生油膜振荡。轴承用强制润滑体式格局,润滑系统包孕主油泵和备用油泵各一台,管壳式油冷却器两台、油过滤器两台、油箱一台。⑥轴承监视检测系统轴振动和轴位移监视检测系统执行APl670标准,采用B~N3300系列。每一个径向轴承设两个测振探头,测量z和y两个方向的振动值。止推轴承上装一个轴位移探头。轴承监视检测系统与DCS连接,信号送中控室。每一个径向轴承装一个双联热电偶,止推轴承装三个双联热电偶,监视轴瓦温度。石油化学工业的焦点是乙烯工业。乙烯工业生产的乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等是各种重要石油化工产物的原料。因此,许多国家都很重视乙烯工业的发展,把乙烯的产量作为衡量国家经济发展水平的标志之一,我国固然也不例外。从70年月起,我国陆续从国外引进了十多套乙烯装置。此中以先后在燕山、齐鲁、扬子、上海等地建成的鲁姆斯(LuMMUS)工艺流程年产三十万吨乙烯装置为我国乙烯工业的骨干企业。根据国情,我国采用鲁姆斯工艺流程以石脑油和轻柴油裂解体式格局制取乙烯的最佳经济规模是至少年产三十万吨。按照今朝我国乙烯工业的状况及发展趋势,本节主要会商鲁姆斯流程年产三十万吨乙烯装置中的用泵情况。
今朝世界上以石脑油和轻柴油裂解体式格局制取乙烯,为了节省分离单元能耗,大部分采用挨次流程。鲁姆斯法也采用了这种流程。所说的挨次流程就是对裂解产生的从Cl到Cl8以上的各项馏份,按从轻到重逐次加以哄骗,生产出乙烯、丙烯、C4馏份和裂解汽油等各种石油化工产物。我国扬子三十万吨乙烯装置的工艺流程主要包孕裂解、油急冷、汽油分馏、水急冷、裂解气压缩、脱酸性气体、裂解气再压缩、脱苯、干燥、脱甲烷、乙烯精馏、脱丙烷、丙烯精馏、脱丁烯、丁二烯抽提、汽油加氢等工序。其工艺流程框图见图2-132。
丁二烯抽提和汽油加氢并不属于乙烯单元,但是按照挨次流程观点,它们在全副装置中占有重要地位,且也是用泵大户,因此将它们也列入会商规模。所以本节仅关于乙烯、丁二烯抽说起汽油加氢三个单元用泵情况,对于公用工程、锅炉给水、废水处理等工程单元,因其不具特殊性,将不予会商。乙烯、丁二烯抽提和汽油加氢三个单元的用泵一览见表2-94、表2-95。这三个单元的主要输送介质有各种烃类、酸、碱、水和一些助剂等。从表2-94可见,装置中施用的泵大部分是中、轻型化工流程泵和重型,其他种类泵只占一小部分。表2-94乙烯装置用泵一览泵种类流量规模m3/h扬程规模温度规模℃'进口压力规模MPa(G)功率规模kW过流器件材料轴封型式台数
中、轻型化工流程泵1.8~218.8 13~131常温~200-0.053~1.05 0.75~90碳钢、铸铁、铸钢、不锈钢、20合金、13Cr机械密封49
重型化工流程泵6.8~762 40~l67-40~185-0.01~3.5557.5~200碳钢、铸铁、铸钢、不锈钢机械密封15
立式筒袋泵41~16069.3~486-56~52-0.0861~1.8818~175碳钢、铸铁、不锈机械密封
高速泵5~7301~46330~40-0.O1~1.27618.5~22碳钢、不锈钢机械密封
高扬程小流25~28322~35242~1850.O73~2.64 45铸钢机械密封
卧式双吸泵700~190098~10085~2100.1~0.11670~950碳钢、铸铁、l3Cr机械密封填料密封
隔膜计量泵0.00236~1 0.3~3.14MPa常温~85-0.01~0.2120.2~3.7碳钢、不锈钢、20合金、聚四氟乙烯13 2.5~4.5 4~70MPa常温5.5~132碳钢、锻钢、13Cr填料密封
5~625~33常温~2103.7~5.5碳钢、不锈钢、13Cr填料密封
其它2.7~124.5~6常温0.15~0.4铸铁、树脂制品机械密封
注:1.资料取自扬子石化装置;2.表中台数未计备用泵。表2-95乙烯装置部分关键泵一览名称类型型号扬程流量m3/h效率轴功率kW入口压力MP(G)介质温度NPSHa材料轴封
泵体叶轮
甲烷塔塔底泵立式筒袋泵4×12LWY-11st 44616067155.60.6-536.7ZGlCr18Ni9ZG1Cr18Ni9串联式机械密封
高压乙烯输送泵立式筒袋泵150×100VPCSl3m 48679.767681.8-300.8SCPL1STPL39(简体)ZG1Cr18Ni9单端面内装平衡型
聚合级丙烯输送立式筒袋泵100×80VPCSl2m 340.449.56433.61.7440.7ZG35STPG38(筒体)HT200单端面为装平衡型
丙二烯转化器进料泵立式筒袋泵100×80VPCSl5m 463486550.20.7103.7ZG35STPG38(筒体)HT200单端面勾装平衡塑
再蒸塔回流泵高速泵LMV 3224632814.71.3402.3ZG35ZGlCr18Nil2M02单端面勾装平衡塑
C10洗油注入泵高速泵LMV 32230117.7-0.0130~38足够大ZG35ZG1Cr18Nil2M02单端面内装平衡型
BTX-段反应器进料泵高扬程小流量多级泵2WTF-87352255734.90.742ZG35ZG35单端面内装平衡型
BTX二段反应器进料泵高扬程小流量多级泵2WTF-87322285932.52.681~1853.9 ZG35ZG35单端面内装衡型
(1)中、轻型化工流程泵中、轻型化工流程泵主要指一些符合IS0 5199或GB 5656或DIN 24256或ANSlASME B73.1的单级单吸轴向吸入化工离心泵。这种泵在设计、制造和检验过程当中,质量控制点比符合API610的泵少,靠得住性不及APl泵高,但是能够满足一般化工用途的要求,施用很是广泛。凡是在石化行业中,这种泵常用在对易燃、易爆及靠得住性要求不太高的场合。一般流量小于2000m3/h、扬程小于160m、功率小于160kW、温度小于300。C、工作压力小于2.5MPa的场合,可考虑选用该类泵。美国GOULDS公司的31 96系列,DURC0公司的MARKⅢ系列,瑞士苏尔寿的CZ、CZN系列,日本荏原的IFW、IFS系列以及我国的IH系列等均属于此类泵。(2)重型化工流程泵重型化工流程泵指符合API610或VDMA 24297标准的单级、双级离心泵。这种泵靠得住性比中、轻型泵高得多,但价格是中、轻型泵的l.5倍以上。属于这种泵的主要泵系列有GOULDS公司的3700、3710,苏尔寿的ZA、ZE、ZF、ZU,荏原的UCW、UCWF、UCWD、UCW2,沈阳水泵厂的SJA、DSJH、GSJH,大连耐酸泵厂的ZA、ZE、ZF、ZU等。我国海内还有两个很著名的Y系列和AY系列泵,这两种泵符合我国的GB 3215标准。Y系列泵在我国用量很是大,施用情况杰出。AY系列是采用引进技术,在Y系列基础上改进发展而来,轴的刚性好,效率和靠得住性更高,接近国外同类泵水平。(3)其他类型泵除以上两类泵外,其余为立式筒袋泵、高速泵、、隔膜计量泵、液下泵、来去泵等。其所占数量较少,但不少都属乙烯装置的关键泵。乙烯装置部分关键泵一览见表2-96。
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