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石油化工行業用泵的應用及技術發展

發布日期:2018-12-14 編輯:冠裕 瀏覽:0| 加入收藏

  石油化工行業用泵的應用及技術發展

  石油石化行業是泵產品使用的大戶之一,隨著石化工業的發展,石化用泵(稱石化泵)迅速發展,數量和品種大幅度增長,成為一個重要的工業用泵部門。按照石油石化行業作業的先后,可將產品分為原油與天然氣開采、石油煉制和石油化工產品加工等階段,此處所指石化泵包括產品鏈中使用的全部泵產品。

  在工業泵用戶中,石化、電力和其他工業用戶能各占1/3的份額。由于石油石化行的發展速度較快(其中也包含提價的因素),石化泵在泵類產品中的比例還會呈現上升的趨勢。

  石化用泵年均增長速度不會低于l 5%~20%。“十一五”期間需要各種工業泵l000多萬臺,其中石化用泵300萬臺,總價值350億---400億元。

  1、石化泵的發展趨勢

  我國石油化工裝置的發展是與市場和科技現代化發展相適應并和國際石化工業同步,目前正朝著節能化、大型化、一體化、深加工的方向發展,因此石化泵的技術發展趨勢也與此相適應。

 ?、俅笮突?石化工業正朝著大型化、一體化方向發展。據資料介紹,乙烯生產成本隨裝置規模增大有較大幅度的降低,100萬噸規模比50萬噸級可降低成本25%,比30萬噸級可降低成本40%。我國新建的乙烯裝置規模都在80萬~l00萬噸以上,與此相適應,其他石化項目與泵的單機流量和功率也相應增大。

 ?、陂L壽命 石油化工裝置大型化以后,對可靠性、長周期連續運行時問提出了更高的要求。泵的連續運行時間由過去的8000h提高到3年,泵的設計壽命要求長達20年(強腐蝕條件和耐沖刷泵除外)。泵的可靠性和壽命主要取決于密封和軸承,也與泵的振動、疲勞損壞等有關,因此對泵的設計、零部件加工、安裝、調試、維修等全方位地提出了更高的要求。

 ?、凵罴庸?,高參數泵 石油化工的深度加工,是充分利用資源、提高經濟效益、獲取更多石油化工產品的有效途徑。深度加工實際上就是在高溫、高壓下,通過加氫裂解、延遲焦化、催化重整、烷基化等工藝,進一步把各種重組分分離出來加以利用的過程。深加工要求石化用泵在高溫、低溫(或超低溫)、高壓、易燃、易爆、有毒、腐蝕等不同條件下工作。

  表1為部分石化裝置中泵的工作參數范圍。

 ?、軐I化,專用泵 為了適應石油化工流程中不同工藝條件的需要,往往需要一些特殊性能的專用泵在不同條件下工作。石化工藝不斷細化,因此石化泵的品種也會不斷增加,用途更加單一?,F將一些有特殊要求的泵收集在表l—2中。

  表1 部分石化裝置中泵的工作參數范圍

    裝  置  名  稱
  流量/(m3/h)
    揚程/m
    溫度/℃
    功率/kW
    備注
30萬噸/年乙烯
  0.01~1900
    70MPa
    -56~210
    950
 
 30萬噸/年合成氨
  0.O1~5400
    1671
 
    1770
 
 52萬噸/年尿素
    180
    3500
 
    1350
 
 6萬噸/年離子膜燒堿
    180
    55
    470
    170
 
水煤漿汽化
 
    8.7MPa
 
 
    煤漿泵
渣油裂解
 
    8.7MPa
 
 
    渣油泵
延遲焦化
 
 
    495~505
 
    瀝青泵
聚苯、順丁、苯酐
 
 
    350
 
    齒輪泵
制氫、液氮
 
 
    -253
 
    液氫泵
低溫乙烯罐區
 
 
    -132
 
    乙烯泵

  表2 一些有特殊要求的石化專用泵

  序號
    特殊性能石化用泵
    性  能參  數
    用  途舉例
    1
    小流量高揚程泵
    0.2~2.5m3/h,60~lOOm
    順丁橡膠、腈綸
 
    2
 
    高速泵(部分流泵)
    0.2m3/h,揚程500m,4500~
30000r/min
 
  加氫和重整裝置
  3
  高汽蝕性能泵
  汽蝕余量小于0.5m
  乙烯裂解
  4
  低溫泵、超低溫泵
  ~104~-l32℃
  乙烯生產
  5
  強耐腐蝕泵
  抗強腐蝕
  尿素裝置、磷酸料漿制備等
 
  6
 
  抗沖刷耐磨泵
  含煤粉70%、含固體膠粒10%,
粒度d=50mm
 
  水煤漿
7
多相氣液混輸泵
  流量在10~800m3/h,壓力可達40MPa,含氣量可達60%
 
  沙漠油田和海上平臺
  8
  精密和微量計量泵
  0.1L/min
  精細化工
  9
  無泄漏泵
  高真空、高壓、低溫和大容量
  腐蝕、有毒、貴重

 ?、莅l展特殊金屬和非金屬材料 隨著石化工業技術和深度加工的細化,對石化用泵的要求會越來越高,特別是石化泵的耐腐蝕材料研究和開發方面。目前耐腐蝕泵的材料主要是不銹鋼、高鎳合金材料,今后要求更多采用鈦、鋯、鉭等優良的耐腐蝕材料,還應發展無機非金屬材料如陶瓷、玻璃鋼、石墨和碳素制品以及合成有機高分子材料如塑料、玻璃纖維或碳纖維增強的工程塑料等。

 ?、尢岣呤卯a品的標準化水平 國內泵的標準很多,據不完全統計,現有泵類標準860多個,其中國內標準240個,國際標準化組織(IS0)標準及美、英、日、德、法標準620多個。在這些標準中,老產品的標準比較多,例如有關離心泵的標準就有l00多個。因此在內容上有一定的交叉、重復。而像無泄漏泵這種迅速發展起來的新型泵類,則標準比較少(無泄漏泵標準目前共有7項,其中國外3項,國內4項)。為進一步規范標準市場,減少標準間的重復與矛盾,提高標準化管理水平,中石化集團公司根據國家對工程建設標準體系的總要求,建立了工程建設標準體系(石油化工部分)。zui近國家發改委批準發布了“石油化工重載荷離心泵工程技術規定”、“石油化工中輕載荷離心泵工程技術規定”、“石油化工往復泵工程技術規定”、“石油化工計量泵工程技術規定”4個石油化工行業標準。還有一些急需的石化泵標準如“石油化工無密封離心泵工程技術規定”、“石油化工轉子泵工程技術規定"、“石油化工泵施工及驗收規范”、“石油化工離心泵和轉子泵用軸封系統工程技術規定“等也正在編制或報批中。這些標準不僅適用于石化泵的設計和制造,而且對采購、安裝、檢驗作了明確的工程規定,有利于產品的通用并和國際標準接軌。

  2、試驗研究技術進展

  石化工業對石化泵新產品設計研究方面提出了更高要求。

 ?、俟澞?節能是中國能源戰略和政策的核心。據介紹,我國能源利用的效率比先進國家低10%左右。以能源經濟效率指標來衡量,單位產品能耗比發達國家高20%~80%,加權平均高40%左右。我國是世界上單位產值能耗zui高的國家之一。

 ?、诓捎萌碚撛O計改造泵 中國是zui早提出三元流動理論的國家,也是將三元流動理論成功地應用于機泵設計的國家之一。采用三元流動理論來設計泵,可以計算葉輪尺寸和葉輪內流速分布情況,反映流體在葉輪內真實的流動狀態,并可考慮黏性流體對邊界層的影響,從而進一步提高泵的設計效率?,F在,我國少數專業泵廠,購買國外三元流動設計計算程序,主機設計效率可達到92%以上。三元流動設計方法也可以應用到老設備的改造中,在不改變殼體和安裝的情況下,對老泵的通流部分進行改造,可取得很好的節能效果。據介紹,現在已有30多個企業與北京某集團合作,采用我國自行開發的三元流動設計方法進行改造,節能效果高達4%~l8%,表3所示為部分企業對離心泵葉輪進行改造后的節能效果。

  表3 部分企業離心泵葉輪三元改造節能效果

序號
    單    位
    泵  型  號
    節  能  效  果
    1
北京燕山石化煉油廠
150Y型輸油泵
效率提高4%
    2
山西化肥廠
P1603泵
由不正常到正常運行
    3
天脊煤化工集團
循環水泵
節電82萬千瓦時
    4
大慶油田供水公司
14Sh-9A型水泵
日節電1320千瓦時
    5
華北油田岔河站
DY85-67X8型油泵
效率提高8%
    6
北京重型電機廠
汽輪發電機主油泵
流量、揚程增大了l0%
    7
天津潛油電泵公司
潛油電泵DN4000型
效率從55%提高到63%
    8
北京水泵廠
管道泵YG-38型泵
效率從68%提高到72%
    9
天津潛水泵廠
250QJ-80型深井水泵
效率從71%提高到75.3%

 ?、鄄捎糜嬎銠C模擬技術開發研究泵 為了進一步研究流體在葉輪流道中的運動規律,特別是含固體顆粒流體的流動狀況,一種稱為粒子成像測速技術PIV(particle image veloci—metry)的研究正在有關研究院校開展。利用高速攝影技術將離心泵流道中固體顆粒的運動拍攝下來,進行計算機圖像處理的一種技術手段。PIV的研究顯示出流道中顆粒的運動軌跡和速度分布,可解釋泵流通部分磨損和泄漏的原因,從而改進設計性能,提高離心泵特別是雜質泵、渣漿泵等輸送含有固體顆粒介質泵的使用壽命。

 ?、苡嬎懔黧w力學在泵中的應用 對于較小流量的泵,利用計算流體力學,對離心泵葉輪內部流場進行數值模擬,可以分析流體流動的特性,求得壓力和速度分布的規律,設計出合理的葉輪流道,提高葉輪的水力效率。計算流體力學CFD(computational fluid dynam—ics)是一門用數值計算方法直接求解流動主控方程以發現各種流動現象規律的學科?,F在CFD技術在全世界已得到了飛速發展,我國也是其中技術上領先的國家之一??上驳氖?,我國已經開始將CFD技術應用到泵的設計中,在離心泵、軸流泵、誘導輪、排污泵、水輪機的設計中都有CFD分析的報告。



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