乙烯装置低温泵的选型与操作问题探讨

杨海召

【摘  要】一些离心泵在乙烯装置中被用于输送低温介质，由于大多数介质是易燃易爆介质，并且温度非常低，很容易气化蒸发。因此，这些低温泵的使用必须非常严格，从而对如何选择和操作低温泵也提出了更高的要求。本文主要介绍了在乙烯装置中选择和操作低温泵时需要考虑的问题，研究了相关关键技术，并为相关工程人员提供了理论参考。

【关键词】乙烯装置;低温泵;选型;操作

作为中国石化工业的重点，乙烯工业生产丁二烯，乙烯和其他非常重要的原料产品。因此，在石化产品方面，许多国家高度重视乙烯工业的发展，并将乙烯的总产量作为衡量该国经济发展的重要指标之一。从目前的实际情况来看，裂解轻柴油和石脑油生产乙烯的主要过程是通过顺序分离工艺完成的，原理是使用不同的温度将碳含量按照从轻到重的顺序裂解气分离，并通过在不同温度下精馏将其分离以产生不同的产物。在正常情况下，在室温下适当的压力下，可以分离出三种或更多种碳组分。分离在低温下进行，另外，乙烯在储存过程中也要求低温条件。此时，必须对能適应低温介质的泵进行循环和加压，此类介质的装载，存储和卸载也需要低温泵送。低温泵的工作条件十分严格，因此，对低温泵的选型和操作也提出了更高的要求。本文则主要对选择和操作低温泵时可能出现的问题进行了探讨。

一、低温泵的选型问题

1.1基本结构选择

为了应对低温泵的苛刻工作条件，通常在乙烯设备中选择立式双套管泵，即AIP 610中的VS 6或VS 7离心泵。这主要是为了在难以在冷状态下进行机械密封的条件下，确保在卧式泵输送低温流体时的密封性能。氢或部分气化的气态介质等介质中的不溶性气体难以除去，同时，泵体也难以冷却。因此，使用立式插装泵时，可以适当增加机械密封和低温介质之间的距离，排气也很方便。泵体被部分掩埋，因此不受电动机的热空气，气温和阳光的影响，容易保持低温状态。泵体结构非常对称，温度变化时变形也相对较大，由于具有垂直结构，因此最适合用作具有小空化边缘的设备。第一级叶轮位于第一级叶轮和泵送中心线之间的最低位置。势能差增加了液体灌流头，从而大大增加了第一阶段叶轮群中的NPSH a;双层壳的内壳完全浸没在介质中，外壳仅承受吸入压力，从而能够减少内壳与外壳之间的相对压差，有助于提高整体强度。

1.2材料选择

为了确保低温泵的长期稳定运行，在低温条件下选择合适的材料非常重要。一般选择奥氏体不锈钢作为与介质接触的金属材料。低温泵中的非金属材料主要用于轴封，通常选择使用石墨，玻璃纤维增强的聚四氟乙烯等材料。

1.3轴承与润滑选择

对于具有垂直多级结构的低温泵，上轴承通常是滚动轴承，位于机械密封上端的特殊轴承箱中，并用稀油润滑。如有必要，应为储物箱添加其他辅助冷却管。下轴承是一个滑动导向轴承，浸入在低温介质中并由该介质润滑。下轴承主要用作限制泵轴同心度的中间支撑。根据泵轴的长度，可以设置不同数量的轴承。

二、低温泵的操作问题

2.1操作特点

2.1.1低温高压的工作条件

乙烯装置的低温泵通常处于十分恶劣的低温高压的工作条件。根据乙烯装置中低温泵的主要运行参数，可以看出泵送介质的温度非常低，均低于40°C，其中脱甲烷塔回流泵的温度甚至低于负的一百三十摄氏度。泵体在低温条件下易发生冷脆，这对泵体材料的选择和加工提出了更严格的要求。另外，不管乙烯，丙烯或甲烷塔锅炉的液体在常温下均处于气态，以确保它们处于液态，泵的吸入压力都相对较高，乙烯工厂中的低温泵通常必须满足较高的要求，出口处的压力也很高。因此，泵体应该能够承受高压，并且密封结构也应该适合于密封高压条件。

2.1.2特殊的低温介质

大量裂解气的冷凝液在常压下为轻质的气态。与普通的液化蒸汽相比，它更容易汽化，更易燃易爆。通常，介质的渗透性都较强。对于脱甲烷塔的回流泵，其渗透性比普通气体如氧气和氮气要强得多。因此，无论是静态密封还是动态密封，都要求低温泵不得泄漏。

低温泵所输送的介质基本上处于饱和状态，或有轻微的温度过低。这种状态下的介质对温度非常敏感。如果温度变化25%，则汽化压力通常可以变化100%甚至200%。同时，介质的物理性质也会发生变化，例如密度和比热值。介质的这种特性对泵的密封，气蚀性能以及是否可以顺利切断的问题提出了新的要求。

对于每种低温液化的气体，都有一定的温度，无论施加多大的压力，都无法将其液化。该温度称为气体的临界温度。在临界温度下液化气体的最小压力称为气体的临界压力。如果由低温泵输送的低温泵的温度由于某些原因而升高，例如轴承摩擦，密封端面上的摩擦等，并且其温度接近或高于临界温度，则必定会将介质转换为气态。此时如果不及时采取措施，操作必定会异常，这是许多低温泵无法正常运行且密封失效的重要原因之一。

2.2具体操作

2.2.1辅助管路

低温泵的辅助管路系统除密封辅助系统和轴承冷却管路外，还应在泵的入口和出口管路上有一个出口孔。其中，应特别注意确保气路接口。由于介质包含少量不溶性气体或由于运行过程中局部温度变化而导致的少量蒸发，因此应排除这部分气体，否则它将积聚在泵的入口和出口以及用于振动或气蚀的泵。通常，气体管线出口位于泵入口和出口部分的最高端。当泵运行时，该管线与塔或罐的上部气相始终保持连通。为了便于清洁和冲洗空气以及更换空气，有时使用冲洗喷嘴的方法。

2.2.2开车

与其他设备相比，低温泵的开车过程较复杂，而且循环时间很长，主要过程包括清洁，冲洗，干燥，预冷和开车。

（1）清洁。在低温泵的制造和使用过程中，其泵体内有许多有害物质。因此，内部物质应在原始使用前进行处理，以防止由于低温冻结而导致泵的使用和稳定性。在特定的清洁过程中，可使用汽油填充泵体内部以溶解内容物，然后进行清洗。至于干燥，可以先使用干燥氮气，然后使用无水甲醇吸收其中包含的水分，然后冲洗并清洁。

（2）冲洗并更换。清洁后，用干燥的氮气吹扫彻底冲洗1小时以上，清洁效果会更好。通过将干燥的氮气吹入泵体内，可以替换内部的易燃易爆空气，从而确保安全运行。通过在开车前使用低温氮气变化也具有初步的预冷却效果。

（3）预冷却泵体。必须考虑泵体的预冷却，因为这是低温泵的独特启动过程。一方面，由于在直接操作中泵体的工作温度非常低，因此当泵体受到低温影响时会在泵体中产生变形和弯曲的不利影响。因此，可以通过预冷却来避免上述效果，以确保泵的平稳运行。再者，由于乙烯是一种相对易蒸发的物质，温度对其影响很大，因此必须在首次使用之前预冷之后再使用低温泵，以防止在检查和维修中出现大量的气体。这样，通过科学的预冷却可以确保开车的顺利进行。

（4）开车

预冷完成后，如果启动时没有问题，就可以开车。在开车之前，需要确保已调试所有密封辅助系统，并且所有压力和温度参数均正常。开车后，需要密切注意密封辅助系统的状况。通常，启动低温泵后，务必确保在2小时内所有运行参数和工作条件满足正常开车的要求，直到系统稳定。

三、结语

综上，乙烯工业在当前化工行业中占据重要地位。而乙烯装置中的低温泵通常处于低温高温的严苛的工作条件，而其输送的介质又十分特殊，具有渗透性强、易燃易爆、汽化压力容易受温度影响等特性。因此，低温泵在运行过程中尤其是在进行开车时容易发生故障，阻碍正常运作。对此，本文主要对乙烯装置中低温泵的选型和操作问题进行了探讨，以期对设计和操作低温泵的相关工作人员提供理论参考，推动乙烯工业的蓬勃发展。

参考文献：

[1]李金波，陈亚林.乙烯装置低温泵的选型与操作问题探讨[J].石油化工设备技术，2010，31（04）：24-26+29+26.

（作者单位：浙江石油化工有限公司）