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炼油及乙烯装置典型工艺及主流程泵简介一、综述1.石油和化工工业装置主要涉及的领域如下：以石油与天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的石油石化加工工业，其产品链如图3-1所示。2.石油和化工行业用泵有以下特点：1）泵的种类多。包括离心泵（含轴封离心泵、无密封离心泵、高速离心泵、皮托管离心泵等）、轴流泵、混流泵、旋涡泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵、螺杆泵、齿轮泵、凸轮泵、滑片泵、液环泵、喷射泵等。2）作为装置的心脏，泵在石油和化工行业中被大量使用。资料显示，在石油和化工装置中，泵配套电机的功率占全厂用电的26%~59%。据专家估计，全国泵类产品平均耗电量约占全国总发电量的20%。也就是说，在石油和化工行业，泵所占的用电比例为平均值的1.3~3倍。例如，一个大型的千万吨/年的炼油及其配套装置（常减压蒸馏、催化裂化、焦化、加氢等）需要各类泵400台左右，其中离心泵占83%，往复泵占6%，齿轮泵和螺杆泵占3%，其他占8%。一个百万吨/年的乙烯及其配套装置（包括乙烯、丁二烯、汽油加氢、聚乙烯、丙烯腈、苯乙烯和聚苯乙烯、罐区、公用工程等）需要各类泵大约1000台，其中离心泵（包括无密封离心泵）占82%，往复泵和计量泵占8%、齿轮泵和螺旋泵占5%，其他占5%.3）泵的工业条件比较苛刻。如：输送的介质比较恶劣，如高温、高压、腐蚀性、易燃危险或毒性介质等；所在的环境比较恶劣，如爆炸和火灾危险性区域，气体腐蚀性区域，存在化学、机械、热源、霉菌及风沙等环境条件的区域等。二、炼油装置用泵炼油装置，通常通过常减压蒸馏、加氢脱硫、催化裂化、加氢裂化、催化重整、延迟焦化、炼厂气加工及产品精制等装置，把原油加工成各种石油产品，如各种牌号的汽油、煤油、柴油、润滑油、溶剂油、蜡、沥青、石油焦以及生产各种石油化工基本原料。1.炼油工艺流程简介燃料型炼油厂通过常减压蒸馏将原油中的轻质馏分汽油、煤油、柴油分出，利用催化裂化、焦化、加氢裂化将重质油转化为轻质油。典型的燃料型炼油厂加工流程如图3-2、图3-3所示。在燃料-化工型炼厂中，轻质馏分油一部分用作燃料，一部分通过重整、裂解工艺制取芳香烃和烯烃，作为有机合成的原料，如图3-4所示。图3-3常减压蒸馏-催化裂化-加氢裂化-焦化型流程2.炼油装置用泵概述离心泵、往复泵、计量泵、螺杆泵、无密封泵在炼油装置中都有应用，使用最多的是离心泵，占83%左右。近年来，由于无密封泵技术的不断提高，环境保护意识的不断增强，无密封泵（屏蔽泵、磁力泵）在炼油装置中的应用不断扩大。根据炼油加工工艺的不同，装置规模的不同，泵的操作参数变化范围很大。由于炼油装置生产的连续性，对泵的可靠性提出了较高的要求。1）炼油厂用泵的有关国际标准：以API610及相关标准为主。2）炼油厂用离心泵的类型：大量采用的是悬臂式和两端支撑式泵。悬臂式泵：OH1为卧式地脚支撑单级悬臂泵，适用于常温（温度低于150℃）及较低的操作参数（流量、扬程、功率）的泵；OH2为卧式中心线支撑单级悬臂泵，适用于高温及中等的操作参数以下泵，在有条件的情况下可以对高温泵的支脚和轴承进行冷却，但目前的趋势是尽量不用冷却水；当泵送介质温度低于200℃，可不考虑用水冷却，在温度高于200℃，且泵制造厂提出为满足API610对轴承寿命及油池油温的要求时才考虑冷却水冷却。两端支撑式泵：功率大于355kw的两级泵或单级双吸泵，一般不采用悬臂式结构，都采用两端支撑式结构，如BB1和BB2型。BB2型在炼油装置中广泛应用，BB3型多用于长输管道的输油泵；BB4型价格低廉，但在高温、高压场合可靠性低，而且维修转子时需要拆除进出口接管等原因近年来有被BB5取代的趋势，BB5广泛用于高温、高压、易燃易爆场合。立式悬吊式泵：立式悬吊式泵在炼油厂也有应用的实例，由于其检修不便，主要用于具有特殊安装位置要求或汽蚀余量要求很低的场合。机械密封：炼油厂大部分离心泵都采用机械密封，填料密封已极少采用。API682标准是炼油厂选用的指南，尽管单密封价格低，可靠性高，但由于环保要求的不断提高，越来越多的泵选用了双密封，同时泵用干气密封也发展的很快。3.炼油装置几种关键泵表3-11000万吨/年炼油厂典型泵（泵量约在400台、约14套装置）装置名称主要泵特点常用泵形式（API610）常减压蒸馏初馏塔底泵常压塔底泵减压塔底泵1.工作介质为原油、重油、渣油等，温度可高达400℃左右。2.减底泵压力低，为负压，轴封处易泄漏。易汽蚀，因此对NPSHr要求严格。3.连续运转，可靠性要求高。BB2催化裂化油浆泵1.工作介质为高温油浆（约400℃），内含有催化剂固体颗粒，过流部件易被冲刷、磨损2介质处于相平衡（液-气）状态，NPSHr要求高3.连续运转，可靠性要求高OH2或BB2加氢裂化进料泵高压贫胺液泵高压注水泵1.温度一般在200℃以下，但扬程可高达2000m左右2.连续运转，可靠性高要求高3.一般为两台泵，开一备一BB5延迟焦化加热炉进料泵1.温度可高达400℃左右，含焦炭颗粒2.一般为两台泵，开一备一3.连续运转，可靠性要求高BB5出焦水泵1.工作介质为常温水，压力高，最高达30MPa，水中有胶粉，要求泵运转稳定2.间歇运转BB51）加氢装置进料泵加氢进料泵为各类加氢装置提供原料，根据不同的工艺，其出口压力最高可达20MPa左右，大多采用BB5型卧式双壳体多级离心泵（个别规模较小的装置也有采用OH6高速泵或往复泵）。BB5型卧式离心泵的筒体有铸钢和锻钢两种；内壳体有垂直剖分（导叶压水室）和水平剖分（双蜗壳压水室）两种型式。内壳体垂直剖分是应用最广泛的一种结构，其内壳体采用导叶压水室，叶轮大多数采用串联布置，由安装于出口端的平衡鼓（平衡盘或盘鼓结合）来平衡轴向力（为了保持转子操作的稳定性，一般平衡90%～95%的轴向力，残余的轴向力由推力轴承承担），也有采用叶轮背靠背布置的方式平衡大部分轴向力的结构。内壳体采用水平剖分结构的泵品牌较少，这种结构的泵内壳体采用双蜗壳压水室结构，叶轮采用背靠背布置的方式。不同的内壳体剖分结构有其不同的优缺点，垂直剖分结构的内壳体直径小，加工容易，对转子产生的轴向力要比双蜗壳更小，有利于转子的稳定性。水平剖分双蜗壳结构安装方便，转子可以做整体的动平衡，导叶压水室结构的转子动平衡后在安装时需要拆开重新组装，因此单独零件的平衡应需要更高的精度。串联布置的叶轮轴向尺寸较短，有利于增加轴的刚度，背靠背布置的叶轮可以平衡大部分轴向力，但轴的长度增加，对轴的刚度不利。2）催化裂化装置油浆泵催化裂化装置油浆泵介质为催化裂化装置分馏塔塔底高温油浆，介质温度为300～375℃，且含有催化剂颗粒。该泵所需的扬程不高，根据其流量的大小有单级悬臂OH2型和单级两端支撑的BB2型。这类泵的最大问题是介质中的催化剂颗粒产生的磨蚀问题，其对策主要有：优化水力学设计，避免流体分离漩涡产生的磨蚀；采用耐磨蚀材料，或表面处理技术，提高耐磨性，延长寿命；采用可更换的衬里结构；加厚部件延长使用寿命。油浆泵壳体通常采用全衬里结构，可更换衬里采用ASTMA487CA6NM（0.06%C,11.5%～14%Cr,3.5%～4.5%Ni，马氏体不锈钢）铸造，并用不锈钢固定件固定在外壳体上，叶轮材料和衬里材料相同。3）高压除焦水泵根据焦化装置焦炭塔的直径不同，高压除焦水泵流量和压力也不同，除焦水泵设计参数约为300m³/h，扬程可达3300m。根据工艺操作的需要，除焦水泵间断运行，频繁启动，同时由于出口压力高，要求有较高的可靠性。除焦水泵的结构属于API610标准的BB5型，双壳体筒型泵，内壳体为垂直剖分结构，叶轮采用串联布置。4）常底及减低泵：工作温度340~390℃，流量在370~400m3/h，扬程220m左右。该泵泵吸入口压力低，为负压，易汽蚀，选择APIBB2型两级泵（首级叶轮必须双吸，次级单吸），优选4级转速。考虑高温和腐蚀性，材料选择为C-6或A-8（含硫等腐蚀成分）。5）闪底油泵：工作温度230℃左右，流量在1100~1300m3/h，扬程220~240m左右。闪底泵一般选择APIBB2型泵，单级双吸叶轮基本可满足参数要求，选用四级转速泵。一般配套电机功率在1000KW左右，推荐泵机组采用强制润滑。考虑高温和腐蚀性，材料选择为C-6或A-8（含硫等腐蚀成分）。三、乙烯装置用泵1.乙烯工艺流程简介乙烯是石油化学工业最重要的基础原料之一，它产出的多种石油化工基础原料可衍生出一系列极有价值的合成材料及有机原料等衍生物，可应用到国民经济的各个领域。因此，乙烯生产产能是一个国家石油化工发展水平的标志，也是经济发展水平的标志之一。许多国家都很重视乙烯工业的发展，目前美国是世界上最大的乙烯生产国，中东地区的乙烯产量增长的十分迅速，我国也非常重视乙烯工业的发展。我国的乙烯工业起步于20世纪70年代，我国陆续从国外引进了十多套乙烯装置，其中先后在燕山、齐鲁、扬子、上海等地根据鲁姆斯（LUMMUS）工艺流程建成年产30万吨的乙烯装置成为我国乙烯的骨干企业。经过多年的发展，特别是2000年以来，国内大部分乙烯装置均完成了新一轮的改扩建，赛科90万吨/年、扬巴60万吨/年、中海壳牌80万吨/年等一批较大规模的乙烯装置相继建成投产，同时尚有独山子、兰州、华锦、天津、镇海、茂名、四川、抚顺、大庆等一批较大规模的已建成或在建乙烯装置，这些乙烯装置为我国的乙烯工业发展奠定了基础。乙烯装置在整个乙烯工业中占有非常重要的位置，乙烯装置所有的原料主要来自以下几个方面：一是天然气，它的主要成分是甲烷、乙烷、丙烷等烷烃和少量二氧化碳、氮气、硫化氢等非烃成分，以下简称“NGL”,约占40%；二是石脑油，约占全部裂解原料的一半；余下的约10%为柴油、炼厂气、煤制油所得馏分等。乙烯装置的产品乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油、裂解燃料油等是下游聚乙烯装置、聚丙烯装置、丁二烯抽提装置、汽油加氢装置等各种重要石油化工装置的原料。乙烯工艺专利技术较多，但总结起来有以下三种典型工艺流程：1）顺序分离流程（主要代表是美国ABBLUMMS公司），所谓顺序分离流程就是对裂解产生的从C1～C18以上的各项馏分，按照从轻到重的顺序逐一分离利用，产出乙烯、丙烯、C4和裂解汽油等石油化工原料，图3-5给出了顺序流程的典型工艺流程框图。2）前脱乙烷前加氢流程（主要代表是德国LINDE公司和美国KBR公司），前脱乙烷前加氢流程的炉区和急冷区与顺序流程基本相同，所不同的是，前脱乙烷流程是裂解气经五段压缩后，先把比C2轻的馏分和比C3重的馏分分开，然后再分别进行分离，依次产出甲烷、氢、乙烯、丙烯、等石油化工原料。脱炔一般前加氢，所以此法又称前脱乙烷前加氢工艺。图3-6给出了前脱乙烷前加氢典型工艺流程框图。3）前脱丙烷前加氢流程（主要代表是美国S&W公司和美国KBR公司），前脱丙烷前加氢流程的炉区和急冷区与上述两个工艺基本相同，不同的是，裂解气经裂解器压缩机四段压缩后，先把比C3轻的馏分和比C4重的馏分分开，使比C4重的馏分不再进入裂解气压缩机的高压段和精馏分离系统，然后再从比C3轻的组分中依次分出甲烷、氢、乙烯、丙烯等产品。脱炔一般前加氢，所以此法又称前脱丙烷前加氢工艺。图3-7给出了前脱丙烷前加氢典型工艺流程框图。这三种工艺流程大同小异，只是对技术强调的侧重点有所不同，提供的技术也各有特点。在同样的设计基础上，他们所能达到的产品收率、清焦周期、能耗指标和投资额之间取得均衡。2.装置用泵概要虽然各专利商在分离顺序上有差异，但乙稀工艺流程中泵的基本型式大同小异。结合目前我国乙烯工业的实际状况及发展趋势，本节以前脱丙烷前加氢工艺流程百万吨级乙烯装置（含汽油加氢单元）的用泵情况为例，讨论乙烯装置工业泵情况，详见乙烯装置部分关键泵一览表（表3-2）表3-2乙烯装置部分关键泵一览表名称类型台数额定流量/m3h额定扬程/m入口压力/Mpa（G）介质温度/℃NPSHa/m材料等级轴封型式API冲洗方案超高压锅炉给水泵BB5331517090.171157.4S-6单端面集装式平衡型23高压锅炉给水泵B