发布日期:2018-12-14 编辑:冠裕小张 浏览:268| 加入收藏

  石油化工行业用泵的应用及技术发展

  石油石化行业是泵产品使用的大户之一,随着石化工业的发展,石化用泵(称石化泵)迅速发展,数量和品种大幅度增长,成为一个重要的工业用泵部门。按照石油石化行业作业的先后,可将产品分为原油与天然气开采、石油炼制和石油化工产品加工等阶段,此处所指石化泵包括产品链中使用的全部泵产品。

  在工业泵用户中,石化、电力和其他工业用户能各占1/3的份额。由于石油石化行的发展速度较快(其中也包含提价的因素),石化泵在泵类产品中的比例还会呈现上升的趋势。

  石化用泵年均增长速度不会低于l 5%~20%。“十一五”期间需要各种工业泵l000多万台,其中石化用泵300万台,总价值350亿---400亿元。

  1、石化泵的发展趋势

  我国石油化工装置的发展是与市场和科技现代化发展相适应并和国际石化工业同步,目前正朝着节能化、大型化、一体化、深加工的方向发展,因此石化泵的技术发展趋势也与此相适应。

 、俅笮突 石化工业正朝着大型化、一体化方向发展。据资料介绍,乙烯生产成本随装置规模增大有较大幅度的降低,100万吨规模比50万吨级可降低成本25%,比30万吨级可降低成本40%。我国新建的乙烯装置规模都在80万~l00万吨以上,与此相适应,其他石化项目与泵的单机流量和功率也相应增大。

 、诔な倜 石油化工装置大型化以后,对可靠性、长周期连续运行时问提出了更高的要求。泵的连续运行时间由过去的8000h提高到3年,泵的设计寿命要求长达20年(强腐蚀条件和耐冲刷泵除外)。泵的可靠性和寿命主要取决于密封和轴承,也与泵的振动、疲劳损坏等有关,因此对泵的设计、零部件加工、安装、调试、维修等全方位地提出了更高的要求。

 、凵罴庸,高参数泵 石油化工的深度加工,是充分利用资源、提高经济效益、获取更多石油化工产品的有效途径。深度加工实际上就是在高温、高压下,通过加氢裂解、延迟焦化、催化重整、烷基化等工艺,进一步把各种重组分分离出来加以利用的过程。深加工要求石化用泵在高温、低温(或超低温)、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等不同条件下工作。

  表1为部分石化装置中泵的工作参数范围。

 、茏ㄒ祷,专用泵 为了适应石油化工流程中不同工艺条件的需要,往往需要一些特殊性能的专用泵在不同条件下工作。石化工艺不断细化,因此石化泵的品种也会不断增加,用途更加单一。现将一些有特殊要求的泵收集在表l—2中。

  表1 部分石化装置中泵的工作参数范围

    装  置  名  称
  流量/(m3/h)
    扬程/m
    温度/℃
    功率/kW
    备注
30万吨/年乙烯
  0.01~1900
    70MPa
    -56~210
    950
 
 30万吨/年合成氨
  0.O1~5400
    1671
 
    1770
 
 52万吨/年尿素
    180
    3500
 
    1350
 
 6万吨/年离子膜烧碱
    180
    55
    470
    170
 
水煤浆汽化
 
    8.7MPa
 
 
    煤浆泵
渣油裂解
 
    8.7MPa
 
 
    渣油泵
延迟焦化
 
 
    495~505
 
    沥青泵
聚苯、顺丁、苯酐
 
 
    350
 
    齿轮泵
制氢、液氮
 
 
    -253
 
    液氢泵
低温乙烯罐区
 
 
    -132
 
    乙烯泵

  表2 一些有特殊要求的石化专用泵

  序号
    特殊性能石化用泵
    性  能参  数
    用  途举例
    1
    小流量高扬程泵
    0.2~2.5m3/h,60~lOOm
    顺丁橡胶、腈纶
 
    2
 
    高速泵(部分流泵)
    0.2m3/h,扬程500m,4500~
30000r/min
 
  加氢和重整装置
  3
  高汽蚀性能泵
  汽蚀余量小于0.5m
  乙烯裂解
  4
  低温泵、超低温泵
  ~104~-l32℃
  乙烯生产
  5
  强耐腐蚀泵
  抗强腐蚀
  尿素装置、磷酸料浆制备等
 
  6
 
  抗冲刷耐磨泵
  含煤粉70%、含固体胶粒10%,
粒度d=50mm
 
  水煤浆
7
多相气液混输泵
  流量在10~800m3/h,压力可达40MPa,含气量可达60%
 
  沙漠油田和海上平台
  8
  精密和微量计量泵
  0.1L/min
  精细化工
  9
  无泄漏泵
  高真空、高压、低温和大容量
  腐蚀、有毒、贵重

 、莘⒄固厥饨鹗艉头墙鹗舨牧 随着石化工业技术和深度加工的细化,对石化用泵的要求会越来越高,特别是石化泵的耐腐蚀材料研究和开发方面。目前耐腐蚀泵的材料主要是不锈钢、高镍合金材料,今后要求更多采用钛、锆、钽等优良的耐腐蚀材料,还应发展无机非金属材料如陶瓷、玻璃钢、石墨和碳素制品以及合成有机高分子材料如塑料、玻璃纤维或碳纤维增强的工程塑料等。

 、尢岣呤??貌?返谋曜蓟?? 国内泵的标准很多,据不完全统计,现有泵类标准860多个,其中国内标准240个,国际标准化组织(IS0)标准及美、英、日、德、法标准620多个。在这些标准中,老产品的标准比较多,例如有关离心泵的标准就有l00多个。因此在内容上有一定的交叉、重复。而像无泄漏泵这种迅速发展起来的新型泵类,则标准比较少(无泄漏泵标准目前共有7项,其中国外3项,国内4项)。为进一步规范标准市。?跎俦曜技涞闹馗从朊?,提高标准化管理水平,中石化集团公司根据国家对工程建设标准体系的总要求,建立了工程建设标准体系(石油化工部分)。最近国家发改委批准发布了“石油化工重载荷离心泵工程技术规定”、“石油化工中轻载荷离心泵工程技术规定”、“石油化工往复泵工程技术规定”、“石油化工计量泵工程技术规定”4个石油化工行业标准。还有一些急需的石化泵标准如“石油化工无密封离心泵工程技术规定”、“石油化工转子泵工程技术规定"、“石油化工泵施工及验收规范”、“石油化工离心泵和转子泵用轴封系统工程技术规定“等也正在编制或报批中。这些标准不仅适用于石化泵的设计和制造,而且对采购、安装、检验作了明确的工程规定,有利于产品的通用并和国际标准接轨。

  2、试验研究技术进展

  石化工业对石化泵新产品设计研究方面提出了更高要求。

 、俳谀 节能是中国能源战略和政策的核心。据介绍,我国能源利用的效率比先进国家低10%左右。以能源经济效率指标来衡量,单位产品能耗比发达国家高20%~80%,加权平均高40%左右。我国是世界上单位产值能耗最高的国家之一。

 、诓捎萌??砺凵杓聘脑毂 中国是最早提出三元流动理论的国家,也是将三元流动理论成功地应用于机泵设计的国家之一。采用三元流动理论来设计泵,可以计算叶轮尺寸和叶轮内流速分布情况,反映流体在叶轮内真实的流动状态,并可考虑黏性流体对边界层的影响,从而进一步提高泵的设计效率。现在,我国少数专业泵厂,购买国外三元流动设计计算程序,主机设计效率可达到92%以上。三元流动设计方法也可以应用到老设备的改造中,在不改变壳体和安装的情况下,对老泵的通流部分进行改造,可取得很好的节能效果。据介绍,现在已有30多个企业与北京某集团合作,采用我国自行开发的三元流动设计方法进行改造,节能效果高达4%~l8%,表3所示为部分企业对离心泵叶轮进行改造后的节能效果。

  表3 部分企业离心泵叶轮三元改造节能效果

序号
    单    位
    泵  型  号
    节  能  效  果
    1
北京燕山石化炼油厂
150Y型输油泵
效率提高4%
    2
山西化肥厂
P1603泵
由不正常到正常运行
    3
天脊煤化工集团
循环水泵
节电82万千瓦时
    4
大庆油田供水公司
14Sh-9A型水泵
日节电1320千瓦时
    5
华北油田岔河站
DY85-67X8型油泵
效率提高8%
    6
北京重型电机厂
汽轮发电机主油泵
流量、扬程增大了l0%
    7
天津潜油电泵公司
潜油电泵DN4000型
效率从55%提高到63%
    8
北京水泵厂
管道泵YG-38型泵
效率从68%提高到72%
    9
天津潜水泵厂
250QJ-80型深井水泵
效率从71%提高到75.3%

 、鄄捎眉扑慊?D饧际蹩?⒀芯勘 为了进一步研究流体在叶轮流道中的运动规律,特别是含固体颗粒流体的流动状况,一种称为粒子成像测速技术PIV(particle image veloci—metry)的研究正在有关研究院校开展。利用高速摄影技术将离心泵流道中固体颗粒的运动拍摄下来,进行计算机图像处理的一种技术手段。PIV的研究显示出流道中颗粒的运动轨:退俣确植,可解释泵流通部分磨损和泄漏的原因,从而改进设计性能,提高离心泵特别是杂质泵、渣浆泵等输送含有固体颗粒介质泵的使用寿命。

 、芗扑懔魈辶ρг诒弥械挠τ 对于较小流量的泵,利用计算流体力学,对离心泵叶轮内部流场进行数值模拟,可以分析流体流动的特性,求得压力和速度分布的规律,设计出合理的叶轮流道,提高叶轮的水力效率。计算流体力学CFD(computational fluid dynam—ics)是一门用数值计算方法直接求解流动主控方程以发现各种流动现象规律的学科。现在CFD技术在全世界已得到了飞速发展,我国也是其中技术上领先的国家之一。可喜的是,我国已经开始将CFD技术应用到泵的设计中,在离心泵、轴流泵、诱导轮、排污泵、水轮机的设计中都有CFD分析的报告。



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