淺析蒸汽透平泵在煉油裝置中的應(yīng)用效果

吳學(xué)金　肖岷

摘 要：本文以哈薩克斯坦奇姆肯特PKOP煉油廠200萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置分餾塔底循環(huán)油漿蒸汽透平泵為例，介紹了蒸汽透平泵的工作原理、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流程及運(yùn)行情況，通過(guò)與備用電泵相比較，從生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和使用經(jīng)濟(jì)性等方面，分析蒸汽透平泵的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：催化裂化;蒸汽透平;運(yùn)行數(shù)據(jù);經(jīng)濟(jì)性;應(yīng)用效果

1 概述

哈薩克斯坦奇姆肯特PKOP煉油廠現(xiàn)代化改造工程是中哈“一帶一路”的重要項(xiàng)目，公用工程單元設(shè)置兩臺(tái)動(dòng)力鍋爐，單臺(tái)設(shè)計(jì)產(chǎn)汽量180t/h，蒸汽系統(tǒng)分為：高壓40kg/cm2、中壓12kg/cm2、低壓6.5kg/cm2三種壓力等級(jí)，200萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置是煉油廠改造的核心裝置，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高壓蒸汽149.5t/h，全廠蒸汽量足夠富裕。從煉廠所處地區(qū)工業(yè)用電費(fèi)用及資源配置合理性等方面考慮，裝置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了九臺(tái)蒸汽透平泵，即：四臺(tái)大機(jī)組潤(rùn)滑油泵、兩臺(tái)外取熱器循環(huán)熱水泵、一臺(tái)凝結(jié)水泵、一臺(tái)余熱鍋爐循環(huán)熱水泵、一臺(tái)分餾塔底循環(huán)油漿泵。

分餾塔底循環(huán)油漿泵作為重油催化裂化裝置的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行情況的好壞直接影響到整個(gè)裝置的安全長(zhǎng)周期。PK煉廠催化裝置設(shè)置兩臺(tái)分餾塔底循環(huán)油漿泵，一開(kāi)一備，蒸汽透平泵（H-1015）為運(yùn)行泵，采用中壓飽和蒸汽（12kg/cm2，225℃）驅(qū)動(dòng)，電泵（H-1016）為備用泵，自裝置首次開(kāi)工以來(lái)，蒸汽透平泵一直運(yùn)行穩(wěn)定，與電泵相比應(yīng)用效果更佳。

2 蒸汽透平泵的工作原理

蒸汽透平是指一種將蒸汽的熱能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的原動(dòng)機(jī)，它將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，這一轉(zhuǎn)變過(guò)程需要經(jīng)過(guò)二次能量轉(zhuǎn)換。

蒸汽熱能轉(zhuǎn)變成高速流動(dòng)的動(dòng)能的過(guò)程，僅在噴嘴（靜葉片）中進(jìn)行，而工作葉片（動(dòng)葉片）只是把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，即蒸汽在噴嘴中膨脹，速度增大，溫度壓力降低，而在葉片中僅將其動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（汽體流速降低），而由于葉片沿流動(dòng)方向的間槽道截面不變，因而蒸汽不再膨脹，壓力也不再降低，這種稱為沖動(dòng)式蒸汽透平。

蒸汽在透平中做完功后，在高于大氣壓力（0.1MPa）下排出，排汽要供其他用戶使用，這種蒸汽透平稱為背壓式蒸汽透平。

只有一個(gè)葉輪的蒸汽透平稱為單級(jí)蒸汽透平，這種透平功率小、轉(zhuǎn)速高、效率低，一般用于驅(qū)動(dòng)大型水泵、油泵、引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備。

H-1015屬于沖動(dòng)背壓式單級(jí)蒸汽透平泵，蒸汽熱能經(jīng)過(guò)透平噴嘴轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，流過(guò)葉輪時(shí)蒸汽沖擊葉片，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為透平轉(zhuǎn)子旋動(dòng)的機(jī)械能，透平轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)軸器與泵轉(zhuǎn)子相連接，從而驅(qū)動(dòng)泵轉(zhuǎn)子旋動(dòng)，帶動(dòng)泵葉輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)化為介質(zhì)循環(huán)油漿的機(jī)械能。

3 現(xiàn)場(chǎng)工藝流程簡(jiǎn)述

從蒸汽總管網(wǎng)出來(lái)的中壓飽和蒸汽（12kg/cm2，225℃），進(jìn)入蒸汽透平驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)子旋動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器相連接使泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)泵葉輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)完成循環(huán)油漿的加壓循環(huán)目的。做完功后排出的低壓蒸汽（6.5kg/cm2，185℃）與其他設(shè)備和裝置來(lái)的低壓蒸汽匯集后送至公用工程單元，在板式換熱器中與循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱后冷卻成低壓凝結(jié)水回收至凝結(jié)水回收罐中，再通過(guò)兩臺(tái)凝結(jié)水泵加壓送至化學(xué)水處理單元，處理合格后回收至除氧水罐可以進(jìn)行再次利用?，F(xiàn)場(chǎng)工藝流程見(jiàn)圖1。

4 運(yùn)行情況分析

以循環(huán)油漿蒸汽透平泵H-1015和電泵H-1016分別在裝置80%負(fù)荷、100%負(fù)荷下運(yùn)行為例，取該負(fù)荷下十組循環(huán)油漿瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），并且計(jì)算出平均實(shí)際流量（見(jiàn)表2）。

4.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)方面分析

蒸汽透平泵H-1015自2018年8月首次開(kāi)工以來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)良好，備用電泵H-1016只有在裝置開(kāi)停工或其他特殊情況下進(jìn)行臨時(shí)切換使用。從以上表2中的數(shù)據(jù)可以看出，H-1015運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)都與H-1016相接近，完全可以滿足工藝操作要求，而且表1中的十組數(shù)據(jù)也可以得出，蒸汽透平泵H-1015運(yùn)行時(shí)循環(huán)油漿的實(shí)際瞬時(shí)流量更加穩(wěn)定一些，更加接近設(shè)計(jì)流量值。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益方面分析

按照裝置100%負(fù)荷運(yùn)行，年運(yùn)行時(shí)間T=300d=7200h，蒸汽透平泵H-1015進(jìn)汽量Q=11.4t/h，進(jìn)汽焓I1=2783kJ/kg，排汽焓I2=2653kJ/kg，燃料氣價(jià)格B1=917元/t，燃料油價(jià)格B2=220元/t，煉廠工業(yè)用電價(jià)格M=0.414元/kW·h，燃料氣熱值E1=49421kJ/kg，燃料油熱值E2=44000kJ/kg。

①蒸汽透平泵H-1015投用后，和電泵H-1016運(yùn)行狀態(tài)相同時(shí)，節(jié)省煉廠用電W=224kW/h，年節(jié)省效益：S= WMT=224*0.414*7200≈67萬(wàn)元;

②增加排汽耗費(fèi)：S1=B1Q（I1-I2）T/E1=917*11.4*（2783-2653）*7200/49421≈20萬(wàn)元（燃料氣）;S2=B2Q（I1-I2）T/E2=220*11.4*（2783-2653）*7200/44000≈6萬(wàn)元（燃料油）;

③年增收效益為：△S=S-S1=67-20=47萬(wàn)元（燃料氣），△S=S-S2=67-6=61萬(wàn)元（燃料油）;

④汽輪機(jī)購(gòu)機(jī)費(fèi)用20萬(wàn)元，配套管線和閥門花費(fèi)約5萬(wàn)元，合計(jì)投資S3=25萬(wàn)元，投資回收期：TC1=S3/△S=25/47=0.53年（燃料氣），TC2=S3/△S=25/61=0.4年（燃料油）。

通過(guò)上述經(jīng)濟(jì)效益分析可得，蒸汽透平泵H-1015在煉油裝置的應(yīng)用中，雖然一次性投資比較高，但是用5～6個(gè)月即可收回投資成本，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

5 結(jié)語(yǔ)

蒸汽透平泵運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)安全性高，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。在煉油裝置的應(yīng)用中，不僅可以實(shí)現(xiàn)蒸汽的綜合利用，提高能源的利用率，達(dá)到節(jié)能降耗和環(huán)保效應(yīng)并舉，而且還節(jié)省了大量電費(fèi)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此這項(xiàng)技術(shù)值得在煉油化工行業(yè)中大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]董仲美.小型汽輪機(jī)拖動(dòng)合成氨廠循環(huán)水泵的應(yīng)用[J].石油和化工節(jié)能，2013（03）：26-27.

作者簡(jiǎn)介：

吳學(xué)金（1992- ），男，寧夏銀川人，本科，中國(guó)石油寧夏石化公司工程師，2015年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，研究方向：動(dòng)力工程。