煤制乙二醇装置DMO加压泵选型应用

汤虎(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

0 引言

乙二醇(ethylene glycol，简称EG)，目前主要用于制聚酯涤纶、聚酯树脂等，可生产合成树脂PET、纤维级PET即涤纶纤维等，还可用于工业冷量的输送即载冷剂等。近十年来，随着乙二醇需求大幅增加，国内煤制乙二醇装置规模也逐年攀升，从最初产能10万吨/年的装置，到近年已成功运行的20万吨/年煤制乙二醇装置，甚至40万吨/年以上规模的装置也在建设或即将投料试车，工艺流程也愈发成熟。

本文讨论的即为煤制乙二醇装置中的核心设备：DMO加压泵(根据不同工艺包，名称略有不同)，主要负责将来自DMO精制工序的精DMO经DMO缓冲罐缓冲后，用DMO加压泵增压到3.5MPa后送DMO汽化塔，在DMO汽化塔中，DMO与循环气充分混合，后进入装有铜-硅催化剂的加氢反应器，发生加氢反应生成乙二醇并得到甲醇副产品。此泵的运行稳定与否，直接关系到整个乙二醇装置的生产效能及安全生产。

在煤制乙二醇装置的工艺参数中，此泵的流量相对较小，扬程比较高，且输送介质DMO(草酸二甲脂)容易结晶，结晶温度54℃，然而近年来，随着乙二醇装置的产能日益增大，对DMO加压泵的流量要求也随之上升，对泵型的选择更为复杂。本文将选择三种已经在小规模装置中有使用业绩的泵型：卧式高速泵、多级屏蔽离心泵、多级离心泵(BB4)，结合荣信40万吨煤制乙二醇装置DMO加压泵的工艺参数，对三种泵型在40万吨煤制乙二醇装置中的应用进行比较和分析。

1 泵结构及工作原理

1.1 卧式高速泵

卧式高速离心泵的基本结构由泵头、增速齿轮箱、电动、膜片联轴器和润滑系统等组成，见图1。高速泵的基本工作原理是利用增速箱的增速作用使工作叶轮获得数倍于普通离心泵叶轮的工作转速，它利用提高叶轮转速，加大叶轮外沿的流体线速度，达到高扬程的目的。

高速泵的主要优点：①转速高，体积小，运转平稳，占地少；②采用单级叶轮，主轴采用斜齿轮传动，斜齿轮的轴向力和叶轮轴向力刚好相反，平衡了大部分的轴向力；③泵的吸入口附近可以安装诱导轮，使泵在使用范围内具有更好的吸入性能，降低泵的必需汽蚀余量；④输送易结晶介质时，由于泵的流道短，泵头小，泵本体方便设置保温夹套，适合输送易结晶介质。其缺点：由于转速高，机械密封、轴承寿命短，轴承润滑、冷却系统复杂、易损件多，增加维修成本。

1.2 多级离心泵(BB4)

多级离心泵(BB4)的基本构造是由多级叶轮、吸入段、中段、出口段、轴、轴承箱、平衡盘、密封组件、电机、膜片联轴器等部件构成。多级离心泵(BB4)的工作原理是电机带动叶轮快速旋转，液体在离心力作用下向叶轮外缘流动，有压的液体再沿级间出水流道进入下一级叶轮进口，第二级叶轮继续对液体做功，再次增加液体的压能，如此反复，直至末级叶轮，最后经压出室排出泵外。

多级离心泵(BB4)主要优点：①多级离心泵采用高效节能的水力模型设计；②扬程可通过改变泵级数( 叶轮数量) 来满足不同要求，故适用范围广；其缺点：①结构复杂、叶轮较多转子长、两套机械密封、易损件多、备件量大等，增加维修费用；②泵无法设置保温夹套，只能现场增加外置伴热盘管和保温，一旦介质结晶，多级离心泵检维修很麻烦。

图2 多级离心泵(BB4)结构简图

1.3 多级屏蔽泵

多级屏蔽泵是离心泵和三相交流电机的共同体，过流部件直接与驱动电机轴相连，共同组成转子部件，同时利用屏蔽套将电机的转子和定子隔开，转子在输送的介质中运转，其动力通过定子磁力场传给转子。

多级屏蔽泵主要优点：①屏蔽套嵌在定子内侧以隔离转子腔和定子腔，使工艺介质完全无泄漏，适合输送易燃、易爆、有毒及腐蚀性液体。②哈氏合金定子屏蔽套，采用特殊工艺滚压成型，精度高、质量好、无焊接缺陷，导磁率高，抗腐蚀性强；③运转平稳，噪音低，不需要加润滑油；④泵本体可以设置保温夹套，适合输送易结晶介质。其缺点：①多级屏蔽泵结构复杂，装配精度要求高；②泵的滑动轴承用被输送介质来润滑，容易受润滑散热磨损，屏蔽套一旦破损需要返厂维修，现场无法修复，时间太长，不利于工厂运行。

图3 多级屏蔽泵结构简图

2 泵运行工况和泵型对比

2.1 泵运行工况

本文选取荣信40万吨煤制乙二醇装置DMO加压泵的工艺参数来选型，该装置共设置三台DMO加压泵，两开一备，工艺参数见表1。

表1 泵的工艺参数

2.2 各种泵型主要性能参数对比

本文选择国内一级泵供应商的型号，表2详细比较了三种泵型的参数。

表2 三种泵型技术参数

从表2中可见，卧式高速泵的额定点效率都比多级离心泵(BB4)和多级屏蔽泵要高3%～4%，相对应的额定点轴功率也要随之下降，从装置运行成本上来看，卧式高速泵更占据优势。卧式高速泵均为单级，多级离心泵(BB4)和多级屏蔽泵均为多级(5～6级)，较少的叶轮组件结构简单，维护方便，占地空间相对较小，同时备件量的减少，储备备件需求低。卧式高速泵和多级离心泵(BB4)可以采用机械密封防止介质的泄露，由于高速泵密封腔结构有限，其可以采用双端面机械密封，密封方案为Plan53B，多级离心泵(BB4)采用串联式机械密封，密封方案为Plan23+53B，双支撑结构，有两套机械密封，隔离液需采用甲醇；卧式高速泵和多级屏蔽泵可以设置保温夹套，适用输送容易结晶的DMO(草酸二甲脂)，而多级离心泵(BB4)只能现场在泵体外设置保温伴热盘管，不方便后期的检维修。

2.3 各种泵性能曲线对比

从对比图中可见，卧式高速泵相比较多级离心泵(BB4)和多级屏蔽泵，额定工况点在性能曲线的最优工作区，因此效率较高；卧式高速泵和多级屏蔽泵的性能曲线随着流量减小是连续上升的，而多级离心泵(BB4)在小流量区域趋近于一条直线，在小流量区域不好调节流量；卧式高速泵和多级屏蔽泵的最小连续流量为25m3/h，多级离心泵(BB4)的最小连续流量为16m3/h，而工艺参数的最小流量为20m3/h，卧式高速泵和多级屏蔽泵需要设置常回流管线；

图4 卧式高速泵性能曲线

图5 多级离心泵(BB4)性能曲线

图6 多级屏蔽泵性能曲线

4 结论

通过比较了三种泵型在性能参数和结构上的区别，在煤制乙二醇装置规模不断增大的背景下，卧式高速泵更加适合目前的工艺参数工况，在效率上也表现的更优秀，比其他两种泵型效率高3%～4%；卧式高速泵单叶轮泵型，结构简单，占地少，检维修方便，同时泵整体价格相对有很大优势；卧式高速泵可以设置保温的热水夹套防止DMO(草酸二甲脂)结晶，易于输送容易结晶介质。