低温甲醇洗工艺中贫甲醇泵的结构选型及应用

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· 8· 小杀柱木 2013年第1期低温甲醇洗工艺中贫甲醇泵的结构选型及应用赵月刚 高玉林 胡福生(陕西未来能源化工有限公司，陕西榆林；719000)摘要：介绍低温甲醇洗工艺中贫甲醇泵在选型过程中应注意的几个要点，结合著者的实践经验叙述了泵设计制造中的关键技术。

关键词： 石油化工用泵 低温甲醇洗工艺 贫甲醇泵 结构选型 设计制造要点1 前 言低温甲醇洗工艺是煤化工装置 (煤液化)中采用物理吸收法的-种酸性气体净化工艺。通过装置中的贫甲醇泵将来自再生塔的热甲醇经换热后变为冷甲醇作为酸性气体吸收液送往甲醇洗涤塔，在同-个塔内分段，选择性地进行脱硫、脱碳气体净化。目前国内已有多套大型酸性气体净化装置采用了低温甲醇洗工艺。该工艺能耗最低，但对设备要求严格。贫甲醇泵作为工艺系统的主洗泵，其稳定运行是工艺的关键，并和系统的连续运行息息相关。因此该泵的选型非常关键 ，现据我公司在该泵选型实践中积累的技术经验总结如下要点。

2 设备概况陕西未来能源化工有限公司兖矿榆林 100万吨/年煤间接液化示范项目低温甲醇洗净化装置共有 3套 (每套规模相当于90万吨甲醇)，该工艺采用德国林德公司的软件包，由中国天辰工程有限公司进行基础设计和详细设计。每套低温甲醇洗工艺装置设有 3台套贫甲醇输送系统，共有 9台套贫甲醇泵。

3 结构选型及应用3.1 设备布置优化(1)总体概算时设备技术参数泵流量890 m3/h，扬程660 m，数量6台套。

(2)基础设计时设备技术参数输送介质：甲醇，0.28%wt的水，最大20ppm的HCN正常流量423 m3/h最大流量512 m3/h扬 程 668 m最大进口压力 0.654 MPa(G)泵送温度44.78℃装置汽蚀余量 14.9 in数量9台套(3)优化原因① 运行业绩少在国内外煤化工领域，满足同等技术参数的贫甲醇泵运行业绩稀少，已有者表现为流量大、消耗功率大、设计制造难度大。

② 系统易操作、稳定性好贫甲醇泵流量由890 m3/h调整为正常流量 423m ，最大流量 512 m ，泵数量由2台改为3台后，设备成熟度和可靠性提高，增强了操作灵活性，更有利于化工生产的长周期运行。

3.2 设备结构型式的优化3.2.1 泵选型资料贫甲醇泵选型资料中注明泵结构型式由供货商根据操作参数及产品能力推荐，可推荐多级卧式离心泵 BB3/BB4/BB5型 (这是根据国际通行的2013年第1期 小森被采 · 9·美国石油学会标准 API 610的泵型命名法而命名的)。

3.2.2 国内外贫甲醇泵应用状况(1)市场占有率比较通过深入的调研，目前该装置采用的贫甲醇泵泵型主要有：① (卧式单壳体径向剖分式多级泵)BB4结构：很少，如大连大化30万吨合成氨，安徽临泉- 期、二期项目。

② (卧式双壳体径向剖分式多级泵)BB5结构：较多，占市场份额约 30%，生产厂家有国外苏尔寿公司、国内重庆水泵厂等。

③ (卧式轴向中开式多级泵)BB3结构：占市场份额约 60～70%，生产厂家有克莱德联合泵业公司、美国I，IfI'公司、苏尔寿泵公司、福斯泵公司、大连深蓝泵业有限公司等。

(2)结构型式对比① BB4泵为两端支承式单壳体径向剖分卧式多级离心泵。

缺点：不属于重工位配置，其运行稳定性远不如 BB3、BB5，BB4刚性较 BB3差，振动满足B级标准；且静密封点多，维修麻烦，占地面积大。

优点：运行稳定性较好；振动基本能达到A级标准；外壳体 BB5结构、内壳体 BB4结构；可耐高温、高压，并且有效杜绝了外漏。

缺点 ：BB5型泵造价要比BB3型泵高，维修相对 BB3麻烦，且采用双吸式结构过于复杂，不采用双吸式结构也较复杂。

优点：运行稳定性较好；振动基本能达到A级标准；过流面积大，流速小，冲刷磨蚀速度慢，泄漏点少；维修方便，不需拆卸 (移动)进出口管线；转子整体安装和拆卸，维修停机周期短。

④ BB3及 BB5结构对贫甲醇工况均符合 API610标准要求；贫甲醇介质为清洁甲醇，扬程-般不超过 1000 m；从某种意义上讲，其处理难度低于气化除氧水泵；国产BB4产品也能够用的很好，这能说明-些问题。

(3)结构型式选用通过上述比较，结合我公司贫甲醇泵数据毕技术参数，泵结构型式确定为BB3两端支承式双蜗壳轴向剖分卧式多级离心泵。

3.3 泵供应商的选择目前国内大连深蓝泵业有限公司依据解决进口泵的问题促进了 BB3泵国产化的设计 、制造 ，但由于此工位泵运行关系到整个装置的运行安全，对安全稳定性要求非常高。同类型化工企业几乎全部采取泵头进口、国内工厂负责整机配套，提供组装完整的泵和驱动电机成套组装。我公司根据同类型企业的应用经验和项 目的大型化、示范性、复杂性要求，为确保系统安全运行，也采用了进口产品。在设备采购时要求泵头产地为欧美- 线原产地：福斯为荷兰工厂 (Flowserve B.v)的产品；苏尔寿为美国工厂 (Sulzer pumps(us))的产品；克莱德联合泵业为英国工厂 (Clyde U-nion DB Limited(Penistone))的产品；高质泵为美国I1-r工厂 (Goulds Pumps Ine.)的产品。

3.4 泵设计、制造技术要点(1)泵整体设计、制造、检验应完全满足API 610标准要求，泵体轴向剖分、卧式、多级、两端支承离心泵及轴承箱体皆为轴向剖分结构，维修、维护方便，维修停机时间短。泵设计压力不低于 15 MPa，根据各工位工况，同时考虑介质中腐蚀介质的含量，在设计中承压壳体的厚度考虑了腐蚀余量 3 mm。过流部件材料执行ASME标准。首级叶轮采用双吸结构，提高泵汽蚀性能，可用于装置汽蚀余量要求较高的工况，减小装置汽蚀性能并降低装置成本。

(2)泵转子的第-临界转速不应低于工作转速的125%；泵应能承受2倍API 610标准规定的管口载荷；泵轴有足够的刚度强度和较高的精度，最大挠度小于0.02 mm。要求泵转子刚度高、叶轮采用过盈配合、加热安装、大轴径设计、挠度孝保证密封环间隙值。如轴刚度强度不足，挠度较大，过分追求效率会导致摩擦副间隙过小；摩擦副硬度或硬度差不足，导致频繁抱轴；启动瞬间形不成油膜，导致频繁烧轴承。

(3)摩擦副选用高硬度耐磨材料，旋转件进行表面淬火，硬度≥HRC 50；壳体密封环、衬套· 10· ，J.番柱 采 2013年第l期类静止件采用耐磨且不易咬合材料，硬度HB 330～375。此两种材料作为摩擦副，既保证了高硬度和硬度差，又不易咬合，输送含有各种硬性颗粒和渣质的介质时，寿命和可靠性得到保证。

(4)摩擦副采用反螺旋槽密封结构为有效克服和减虚质中硬性颗粒对旋转件与静止件间的磨蚀，吸入套、节流套、中间套、密封套等结构件采用反螺旋槽结构，适合输送固液两相流介质，大大降低了颗粒的磨蚀，延长使用寿命。

(5)泵壳体刚性确保极高，机组运转稳定性才好。因壳体为轴向剖分型式，泵壳体分为泵体、泵盖两部分，都为整体结构，中开面采用大法兰联接，整个泵质量几乎都集中在泵体、泵盖上。

(6)叶轮采用背靠背对称布置使轴向力基本自动平衡，多蜗壳结构使大部分径向力自动平衡。

(7)泵的主要材料：API 610标准的S-6等级，泵轴材质采用 0Cr17Ni4Cu4Nb，机械密封采用欧美进口约翰克兰公司、福斯公司产品，外部强制润滑油系统采用上海利安、常州华立公司产品，最小连续流量保护装置采用德国施罗德、苏尔达公司产品。

(8)泵的正常工作点应在泵的高效区内，泵的额定点靠近所选叶轮的最佳效率点流量80 1 1 0%区间内，泵的叶轮不应为所选系列叶轮最大尺寸，泵的扬程应与最大流量或额定流量相对应。在额定流量值时，扬程偏差应在0 2%范围内变化，关死点扬程允许偏差±3%。

(9)泵的性能曲线 (流量-扬程曲线)变化应平缓，从额定流量到零流量扬程升高不得超过额定流量扬程的 2O%，当泵流量扬程曲线有转折点时，泵能稳定运行 (不存在流量波动现象)。在曲线上应标出泵的允许工作范围。

(1O)泵的铸件不得有影响机械性能的铸造缺陷，铸铁件不得补焊 ；铸钢需补焊 ，必须将缺陷位置大孝性质等告知甲方，甲方同意后方可实施加工←止用堵塞、锤击和浸渍的办法来修补承压铸件的渗漏处和缺陷。

(1 1)泵的机械密封选用符合 API 682标准的集装式机械密封，机械密封采用双端面串联式平衡型内装型式，带节流衬套。密封冲洗方案为API 610标准的P 1152M，带封液罐提供缓冲液冲洗第二道密封。配压力表就地显示系统压力，配高压力低液位报警开关 、压力表 、液位示镜。

密封罐仪表防护等级需要本质安全型。冲洗系统成套组装供应。

(12)叶轮表面应有足够的硬度，流道光滑，每个叶轮应作静平衡试验 ，静平衡精度不低于 G6.3级。泵所有转动部件 (包括联轴器)必须装在- 起作全速动平衡试验，动平衡精度不低于 G 2.5级。

(13)泵的叶轮转子或其它可拆卸部件与同型号泵应具有互换性，泵体和叶轮上都应设有可更换的密封环，密封环应牢固而不转动，口环运转间隙应考虑温度及材料的膨胀及咬合特性。叶轮上的磨损环和泵壳的磨损环应存在硬度差，以防止磨损环间咬合。

(14)泵滑动轴承 (轴向金斯伯雷型式推力瓦/径向米歇尔型式径向瓦)/SKF止推球轴承 ，油环润滑，轴承带测温PT 100、振动及位移探头。

(15)泵设置轴承温度测点、轴承振动预留接口，由卖方负责。泵设置人口压力和出口压力现场测点，安装在管路上，并进入 DCS系统，由买方负责，设计院设计。

(16)泵最小连续流量保护装置的压力等级与泵的压力等级、出口口径相同，带止逆功能。最小连续流量保护装置的压降应满足设计要求，泵总扬程需考虑最小流量保护装置的阀阻。

(17)电动机功率选择：电机额定功率按不小于设备侧额定点轴功率 1.2倍选择 (涵盖设备侧轴功率曲线全段及末端点功率)。同时考虑高原气候(海拔按 1300 m考虑)对电机整体性能的影响。

贫甲醇泵使用在二区ⅡCT3防爆区域，电机如采用增安电机 ，必须配套氮气吹扫系统；如采用防爆电机，可不需吹扫系统。

4 结 语大型煤化工装置动设备选型首先要考虑的是先进性、成熟性、安全可靠性问题 ，需要进行深入细致的技术交流磋商和调研。贫甲醇泵是低温甲醇洗工艺中的关键设备，只有选择优秀的供应商及最优化的设计、制造工艺，才能保证动设备的连续运转 ，保证企业利益的最大化和化工装置的长周期运行。