多级蒸汽喷射器在真空系统上的应用

曹明华

(中石化宁波工程有限公司上海分公司，上海 200030)

多级蒸汽喷射器在真空系统上的应用

曹明华

(中石化宁波工程有限公司上海分公司，上海 200030)

蒸汽喷射器作为真空系统常用设备之一，具有操作简单、便于控制等特点，得到广泛的应用。本文针对工业中的多用户真空系统，需采用多级蒸汽喷射器的应用案例进行阐述，着重对多级真空系统中的串、并联工艺进行比较，从操作的节能及设备投资上给出合理化的建议，并对相似真空系统的设计提供一定的参考。

真空系统；蒸汽喷射器；串联工艺；乙醇胺

在化工生产装置中，真空系统的应用很广泛，尤其在真空蒸馏系统中的应用。本文以乙醇胺装置为应用对象，对真空工艺系统的合理进行阐述。乙醇胺精馏系统主要采用负压蒸馏，乙醇胺装置中有四台真空操作的蒸馏塔，包括真空脱水塔(VDT塔)、一乙醇胺塔(MEA)、二乙醇胺塔(DEA塔)及三乙醇胺塔(TEA塔)。

1 真空工艺系统方案的选择

真空泵的种类较多，化工中常用的有往复真空泵、液环真空泵和蒸汽喷射器。蒸汽喷射器结构型式简单、工作可靠、安装维修方便、密封性好，适用于高温、高压、高真空、强腐蚀性、剧毒和放射性场合，如真空蒸发、真空干燥、真空制冷、真空蒸馏，还可提升酸、碱或含有磨料的悬浮液，也适于强辐射的特殊环境。

本文以蒸汽喷射器为例，对多用户蒸汽喷射器串联与并联两种操作工艺的优缺点进行比较，得出适合多用户、多级蒸汽喷射器的合理操作工艺，为真空工艺系统方案的选择提供参考价值。

2 蒸汽喷射器系统设计的理论依据

1-头部腔室；2-动力喷嘴；3-进口椎体部分；4-喉口；5-扩散器(其中3、4、5部分统称为混合喷嘴)；P1-动力蒸汽压力；P0-吸入压力；P3-排出压力；N1-动力蒸汽连接口；N2-吸入介质连接口；N3-排出介质连接口。

图1 蒸汽喷射器结构简图

Fig.1 Schematic diagram of steam ejector

具有一定压力的水蒸气，高速通过动力喷嘴时，压力能转变成速度能，将系统中的气体吸入头部腔室，气体与工作蒸汽随即混合，混合后的气体以一定的速度进入扩散器，速度能又变成压力能，减速增压后排出，这一过程使与吸入口相连的系统形成一定的真空。

蒸汽喷射器的结构如图1。

3 真空系统方案设计

3.1 真空系统设计条件的选取

真空系统的工艺计算，一般涉及到温度、压力、被抽气量、压缩比等工艺参数，只有对这些参数进行充分、全面的考虑，才能选择合适的蒸汽喷射器，才能确保设计的真空系统在装置生产过程中正常稳定的运行。

3.1.1 工作蒸汽压力的选择

蒸汽喷射器以蒸汽为驱动力，其蒸汽压力以最低蒸汽压力为准向下波动幅度不宜过大，本项目中采用的蒸汽正常操作压力为1.2 MPa，波动范围为1.0～1.4 MPa，设计方案中在蒸汽总管增加压力调节阀，将正常工作压力稳定在1.0MPa，以保证真空系统操作的稳定。

3.1.2 真空度

本项目共有四台真空蒸馏塔，所需满足的真空度工艺数据见表1。

表1 真空系统设计条件Table 1 Vacuum system design conditions

3.1.3 抽气量的确定[1]

抽气量是蒸汽喷射器设计的重要参数，主要是指空气泄漏量与被抽出的工艺气之和。

在抽真空过程中，不能保证系统完全密闭，总是有外界空气泄漏入真空系统，漏入的外界空气主要发生在塔设备、管道的连接处(如法兰、阀门)、塔上人孔的密封处等地方，对任何真空系统都应进行试验以确定其空气泄漏量，对新设计和不能进行试验的场合采用估算。对于工业上严密系统的空气泄漏量，常采用的经验公式如下：

W空气=0.21KV2/3

式中：W空气为空气泄漏量，kg/h；V为真空系统的容积，m3；K为压力常数，取值见表2。

表2 K取值Table 2 K value

除采用上述经验公式计算系统的空气泄漏量外，也可以查经验图表，见E.E.路德维希编著的《化工装置的工艺设计》[2]。

被抽出的工艺物料气量是工艺生产过程中产生于系统中的液体处于平衡状态的物料蒸汽。根据工程经验，真空系统的设计抽气量为2倍于上述计算的抽气量。最终计算的四台蒸馏塔的抽气量数值见表1。

3.1.4 压缩比[3]

蒸汽喷射器排出压力P3与吸入压力P0之比β成为压缩比，即β= P3/P0。一般，经济压缩比的范围大致为β=1～6，最大β=8左右，压缩比越大，工作蒸汽的消耗量越大，但喷射器的操作稳定性越好。当蒸汽喷射器的吸入压力P0较低(即真空度较高)时，就需要采用多级喷射器串联，喷射器的级数可根据最低吸入压力而定。在设计过程中，对于多级喷射器，需慎重选择一个最合适的压缩比分配方案。

3.2 蒸汽喷射器抽真空方案

本方案真空设备全部采用蒸汽喷射器，对四台真空塔抽真空，方案分为多级真空喷射器串、并联两种方案。

3.2.1 串联工艺

蒸汽喷射器串联工艺流程如图2。

1一级喷射器(EJ-101A)；2二级喷射器(EJ-102A)；3三级喷射器(EJ-103A)；4四级喷射器(EJ-104A)；5 VDT塔喷射器(EJ-105A)；6五级喷射器(EJ-106A)；7一级冷凝器(E-101A)；8二级冷凝器(E-102A)；9三级冷凝器(E-103A)。

图2 工艺技术方案一(串联工艺)

Fig.2 Process technology scheme1(series process)

本技术方案中采用了五级真空喷射器系统设计，在四台真空塔进喷射泵入口处均设置调节阀，控制塔系统真空度的稳定，该方案中关闭四台真空塔中的任何一个或多个，真空系统均能够稳定运行。其中前三级采用喷射器直接串联，级间压力分别对应TEA塔、DEA塔及MEA塔的操作压力，第四级并联VDT塔用蒸汽喷射器。

3.2.2 并联工艺

蒸汽喷射器并联工艺流程如图3。

1一级喷射器(EJ-101B)；2二级喷射器(EJ-102B)；3一级喷射器(EJ-103B)；4二级喷射器(EJ-104B)；5 MEA塔喷射器(EJ-105B)；6三级喷射器(EJ-106B)；7四级喷射器(EJ-107B)；8一级冷凝器(E-101B)；9二级冷凝器(E-102B)；10三级冷凝器(E-103B)。

图3 工艺技术方案二(并联工艺)

Fig.3 Process technology scheme2(parallel process)

本技术方案中，真空系统的4台塔采用并联的操作方式，其中TEA塔和DEA塔工艺要求的真空度较高，需采用两级串联的操作方式。MEA塔和VDT塔均采用一级喷射器的操作方式。该工艺方案同样是采用在用户进蒸汽喷射器入口前设置调节阀控制系统的稳定。

3.3 两种技术方案的对比

表3 各级参数值(方案一)Table 3 The Parameter of every stage(scheme1)

表4 各级参数值(方案二)Table 4 The Parameter of every stage(scheme2)

首先，对两种工艺技术方案各级喷射器的压缩比进行优化选取，见表3和表4。工艺技术方案一(串联工艺)中各级压缩比数值在2.43～6.11之间，数据较为均匀；而工艺技术方案二(并联工艺)中各级压缩数值在2.43～13.69之间，压缩比相对较大，虽然压缩比大对真空系统的操作稳定性有利，但较大的压缩比消耗的蒸汽的量较大，产生的生产污水较多，增加了装置的能耗。

其次，在设备投资及公用工程消耗上也做出了对比，具体数值见表5。通过表中数据可以看出串联工艺无论在设备投资，还是在公用工程消耗上均优于并联工艺。

表5 两种技术方案比较Table 5 Comparison of two technical schemes

通过以上对比，采用串联工艺明显优于并联，在乙醇胺装置真空系统的设计中优先选取了串联操作的工艺技术方案。

4 结论

采用蒸汽喷射器抽真空的方式，能长期保证装置可靠稳定的运行，并且蒸汽喷射器装置无易损部件，一般不需要维修，设备维修相对简单；运行费用相对较低，比真空机组耗电少，且无润滑油消耗，动力只需消耗较便宜的蒸汽及冷却水。在蒸汽喷射器抽真空的装置中，通过以上串-并联两种工艺的对比总结，在多用户真空系统中，采用串联的操作方式，无论在操作难易、设备投资以及节能降耗方面都体现出了较大的优越性。

[1] Jams S R,Couper W Poy Penney,James R Fair,et al.Chemical process equipment[M].third edition:selection and design.USA:Butterworth-Heinemann, 2012:155.

[2] (美)E.E.路德维希.化工装置的工艺设计[M].北京:化学工业出版社,1979:232.

[3]王松汉.石油化工设计手册第4卷工艺和系统设计[M].北京:化学工业出版社,2002:513.

(本文文献格式：曹明华.多级蒸汽喷射器在真空系统上的应用[J].山东化工,2017,46(15):107-109.)

Application of Multi-stage Steam Ejector in Vacuum System

CaoMinghua

(Sinopec Ningbo Engineering Co.,Ltd Shanghai Branch, Shanghai 200030,China)

As one of the common equipment of vacuum system, steam ejector is widely used because of its simple operation and easy control. This paper will describe the application of multi-stage steam ejector in industry fields, focusing on the multi-stage vacuum system in series and parallel process, give reasonable suggestions from the operation of energy saving and equipment investment, to provide some reference for the similar design of the vacuum system.

vacuum system; steam ejector;series process;ethanolamine

2017-05-21

曹明华(1982—)，男，安徽砀山人，工程师，硕士，主要从事化工工艺管道专业设计及项目管理工作。

TQ051.4

B

1008-021X(2017)15-0107-03