動設備石油化工設備技術,2005,26(1)●23●Petro-Chemical Equipment Technology優(yōu)化過程設備的運行梁永智(中國石油克拉瑪依石化分公司,新疆克拉瑪依834003)滴要:以離心泵、壓縮機、冷卻器為例，敘述了優(yōu)化過程設備與提高運行可靠性、降低能耗的關系,從設計和運行管理的角度,提出了優(yōu)化運行的方法。關鍵詞:設備;優(yōu)化;運行管理中圖分類號:TE969文獻標識碼:B 文章編號 1006-88052001-0023-02過程設備(也稱流程設備),指的是在工藝過~4800r/min,運行狀況良好，比使用電機驅(qū)動(轉(zhuǎn)程中擔負能量轉(zhuǎn)換.質(zhì)量轉(zhuǎn)換的設備，如泵、壓縮速恒定)節(jié)能效益明顯(在有中壓蒸汽的煉油廠、機換熱器、加熱爐等。過程設備是連續(xù)流程的一化工廠 ,發(fā)揮蒸汽的多級做功能力是一個值得推個組成部分,其運行狀況與流程密切相關。優(yōu)化廣 的做法)。過程設備運行的目的是:驅(qū)動泵的電機,其變頻調(diào)速技術已得到廣泛(1)提高設備的適應性和可靠性;應用,但是如果泵長期在過低負荷下運行,應首先(2)降低能耗。考慮更換成低負荷泵或者切割葉輪。以某煉油廠延遲焦化裝置輻射進料泵為例，對多級泵,也可以采用減少級數(shù)的方法。如該泵額定流量92m*/h,額定揚程485m,轉(zhuǎn)速某延遲焦化裝置的輻射進料泵，由于揚程太高,能3550r/min。實際運行參數(shù)是:流量為60m3 /h,揚耗大,將葉輪從3級減少為2級,效果良好。程(表現(xiàn)為調(diào)節(jié)閥后壓力)為2. 2MPa(240m)。由還有一種情況:有的流程泵同時具有兩種功于實際運行參數(shù)遠離泵的最佳工作點,效率低,運能,兩種功能所要求的揚程可能是不同的,如分餾行狀況差,故障率高。之后采取改變轉(zhuǎn)速的方法塔的側(cè)線泵 ,既要提供回流，又要外送(或者作封(根據(jù)相似原理,改變轉(zhuǎn)速即改變了泵性能參數(shù))，油等)。為了滿足這些要求,只能提高泵的揚程，在流量不變的情況下,轉(zhuǎn)速降到2600r/min,運行同時采用節(jié)流的方式進行調(diào)節(jié)。這樣,盡管省了狀況大為改善,電耗顯著降低。一臺泵,卻造成能量浪費,如某焦化裝置蠟油泵，1離心泵要求外送的壓力為0. 8MPa,而回流只要求0.主要存在問題是:選擇的離心泵流量過大、揚15MPa,由于回流量較大，而外送流量較小，如果程過高。很多文獻都曾指出:所選設備規(guī)格過大、使用1臺泵,必然造成能量的損失。后來增加了性能參數(shù)偏離,都可能帶來設備運行不穩(wěn)定,如軸1臺蠟油增壓泵,既有利于節(jié)能,又便于調(diào)節(jié)流量承、密封件損壞甚至軸斷裂,這與液體流動狀態(tài)紊(如采用變頻調(diào)節(jié))。亂,軸向力和徑向力增大,生成氣穴有關”。2壓縮機AP1610規(guī)定了最佳工作點(即BEP),離心:(1)往復式壓縮機泵應當在BEP附近運行0]。但是實際上工程技由于往復式壓縮機的吸排氣壓力，完全術人員在選泵時,總是留一定的裕量,從而使泵偏是由工藝系統(tǒng)決定的,如降低壓比,導致功率下降、離BEP運行。中國煤化工優(yōu)化過程設備的運行方法,有切割葉輪、改變:fYHCN M H G明臺人,1982年畢業(yè)于轉(zhuǎn)速等,其中改變轉(zhuǎn)速的方法可以達到最佳的運華東石油學院化工機械專業(yè),獲學士學位。現(xiàn)任中國石油克行效果。如某加氫裝置進料泵,設計轉(zhuǎn)速5220r/拉瑪依石化分公司副總經(jīng)理,教授級高級工程師,現(xiàn)從事設min,采用背壓式汽輪機驅(qū)動，正常運行轉(zhuǎn)速4600備管理和工程建設管理工作,已發(fā)表論文6篇?！?4石油化工設備技術2005年排氣系數(shù)提高(排氣量增加)、排氣溫度降低,有利離心式壓縮機一般使用汽輪機驅(qū)動,當需要于節(jié)能和長周期運行,但機組投資加大。調(diào)節(jié)排的流量改變時,可通過改變轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。但是,轉(zhuǎn)氣量的方式很多,如使用附加余隙、減荷閥、改變速改變的范圍是有限的。為了防止小流量喘振現(xiàn)轉(zhuǎn)速、旁路調(diào)節(jié),以及賀爾碧格開發(fā)的延遲關閉吸象的發(fā)生,離心式壓縮機一般要設防喘振系統(tǒng)(實氣閥( HydroCOM)技術等。要注意的是，在選擇際上是回流旁路)。往復式壓縮機時,一定要考慮可能的運行狀況,采還有一種情況，如重整、加氫裝置循環(huán)氫壓縮取必要的措施。機,選型時壓比過大,實際需要的壓比很小,這會關于往復式壓縮機排氣量調(diào)節(jié)的論述可見參使壓縮機的運行狀況變差。表1列舉了考察若干考文獻[3]。循環(huán)氫壓縮機(包括往復式壓縮機)后的設計參數(shù)(2)離心式壓縮機與運行參數(shù)的比較。復1循環(huán)氫壓縮機(包括往復式壓縮機)設計參數(shù)與運行參數(shù)的比較設計參數(shù)運行參數(shù)編號| 吸氣壓力/MPa|排氣壓力/MPa流量(標準狀態(tài))/|吸氣壓力/MPa排氣壓力/MPa說明(m2.h-1)(m2●h-1)A16. 7819. 228687016. 8818.150000往復機,返回調(diào)節(jié)B8.149. 80803767. 03110000小壓比,大流量運行C7.168. 82400006.22 .7.226000低轉(zhuǎn)速,回流6. 478. 27463505. 206.236000 .往復機E7.209.60.775006.40.7.15. 808. 40900005. 307.151059001.301. 72660001.131. 54537062低轉(zhuǎn)速運行從表1中可以看出，所考察循環(huán)氫壓縮機的3水冷卻器實際運行參數(shù)(特別是壓比),大部分低于設計參煉油廠和化工廠中大量使用水冷卻器,其冷數(shù)。對離心式壓縮機,通常是采用降低轉(zhuǎn)速的方卻水由循環(huán)水場提供,循環(huán)冷卻水場水耗、.電耗都法滿足運行要求。但存在兩個問題:一是效率下比較高。另外,水冷卻器的溫差小,玲卻水利用率降,包括壓縮機和汽輪機;二是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍有低;分配不均勻,對冷卻器產(chǎn)生損壞。限,一般不低于設計轉(zhuǎn)速的70%。在此范圍內(nèi)，例1,某汽輪機的冷凝冷卻器,設計溫差為.如果流量仍高于要求值,只能大流量操作或者采10C,實際只有2~3C,大量冷卻水被消耗。分取回流措施,這使得裝置總體能耗上升。析發(fā)現(xiàn)該冷凝冷卻器為2管程,流通面積大,未能以編號C為例,盡管轉(zhuǎn)速降到接近下限，仍充分利用冷卻水的壓差。之后,將該冷凝冷卻器采取旁路回流的方式控制流量,單位能耗大量增改為4管程,用水量大大降低。加。因此,從壓縮機應滿足流量要求的角度考慮，例2,某裝置長期在低負荷下運行,被冷卻的往復式壓縮機具有優(yōu)勢;如果循環(huán)氫流量不大,從介質(zhì)流量小，且溫度低,冷卻器的能力有較大裕節(jié)省投資和經(jīng)濟運行的角度考慮,應優(yōu)先選用往量。如果降低冷卻水流量,可能造成因流速太低，復式壓縮機。管內(nèi)產(chǎn)生結(jié)垢的現(xiàn)象。采取將幾臺冷卻器串聯(lián)的還要說明一點,循環(huán)氫壓縮機--般壓比不大,方式，既保證了流速和冷卻效果，節(jié)省了冷卻水，按照API 618的要求,其排氣系統(tǒng)要考慮10%的又防止了結(jié)垢。裕量,這使得整個機組的能力(包括動力)大大提裝置上的冷凝冷卻器一般都是采用并聯(lián)方高。如表1中的編號A,在額定條件下計算的指式,如果支路的流通面積和冷卻器的數(shù)量存在較示功率為580kW,電機功率為940kW,運行參數(shù)中國煤化工不均,利用率不高的下實測電機的有功功率只有350kW,功率因數(shù)僅MHCNMHG為0.31,造成很大的浪費。因此，在選用往復式4總結(jié)循環(huán)氫壓縮機時,要適當?shù)拇_定壓比，充分利用設人們往往重視設備本身的效率，而忽視實際備自身的能力,盡可能減少投資和運行費用。(下轉(zhuǎn)第28頁).石油化工設備技術2005年5減振平衡方 法的實驗00-為了更好地驗證數(shù)值分析結(jié)果,對前面討論的方案-和方案二的仿真結(jié)果進行了實驗驗證。00由于方案三需要在轉(zhuǎn)子中間施加平衡質(zhì)量,而在實際轉(zhuǎn)子的中間位置是無法施加平衡質(zhì)量的,所2000400060008000以方案二的結(jié)果只能做為實際動平衡的參考。轉(zhuǎn)速lr. min'根據(jù)前面方案一的數(shù)值模擬結(jié)果,在轉(zhuǎn)子的圖9雙盤施加平 衡質(zhì)量后轉(zhuǎn)子的Bode圖圓盤1與初始彎曲方向施加1. 4g的平衡質(zhì)量,可以降低- -階共振幅值。圖8為此平衡方案下傳感(2)對虛擬的故障數(shù)值模型,進行振動仿真器測到的轉(zhuǎn)子啟動過程振動曲線。從圖8中可研究,能對各種平衡方案進行數(shù)值仿真,從而對撓見,實驗結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果完全一致,此平衡性轉(zhuǎn)子彎曲變形提出最優(yōu)化的減振方案;方案實施后轉(zhuǎn)子一階共振峰值完全得到控制,而(3)本文的研究方法和研究結(jié)果可以大大減二階共振峰值明顯增大。少實際工程中多次啟動機器進行動平衡的次數(shù)。參考文獻:1 J. C. Nicholas, E. J. Gunter, P. E. Allaire, Effeetof residual shaft bow on unbalance response and balan-0cing of a single mss flexible rotor: Part I -Unbalancing轉(zhuǎn)速lt. min~'response; Part I -Balancing, J. Eng. Power, 1976,98(2):171圖8施加1.4g平衡質(zhì)量后的Bode圖圖9為在圓盤1和圓盤2上,同時施加0.7g.2 F. F. Ehrich, Handbook of Rotordynamics, McGraw-Hill, New York,1992的平衡質(zhì)量后,轉(zhuǎn)子的振動響應曲線。3 J. s. Rao, Anote on Jffcott Warped Rotor, Mecha-5結(jié)論nism and Machine Theory ,2001 ,36(5) :563-575(1)本文建立的帶彎曲故障的有限元數(shù)值模4徐賓剛,屈梁生,溫廣瑞.柔性彎曲轉(zhuǎn)子的特性識別與型,能有效地模擬轉(zhuǎn)子在實驗臺上的振動特性;診斷[J],西安交通大學學報，2001 ,35(3) :288~291(上接第24頁)新氫壓縮機,由于選擇的規(guī)格太大,運行時只有運行中的效率。有人曾對某裝置的離心泵做過標60%~70%的負荷,采用3級出口返回1級入口定,效率不到40%。對電機驅(qū)動的設備,低負荷的方法調(diào)節(jié),浪費了大量的能量。又如，離心泵的下運行還會出現(xiàn)效率和功率因數(shù)下降的問題。因運行范圍應該在BEP的兩側(cè)附近,正常運行時應此,對設備運行狀況進行優(yōu)化是非常必要的。該在BEP的小流量側(cè)。有些工程技術人員在選過程設備在偏離設計參數(shù)下運行時,都會出擇離心泵時,將最大流量作為設計流量,勢必造成現(xiàn)故障率增加的現(xiàn)象,這是由過程設備的特性央運行時效率下降。定的。如API610中指出,當流量偏離最佳效率從節(jié)能的角度考慮,過程設備提供的能量應點(BEP)時,振動就會增加。當剛好滿足需要,任何能耗(如節(jié)流)都應該降低。優(yōu)化過程設備的運行首先應從設備選型開始。應注意兩點:(1)在選擇設備時一定要考慮實際的運行參參考文獻cers in centrifugal pump數(shù)。如某制氫裝置的原料氣壓縮機,進氣壓力隨中國煤化工>, No.340 &341季節(jié)變化較大,在選擇壓縮機時可考慮改變壓縮級數(shù)的可能性,以便更靈活的適應運行要求,降低.YHC N M H GPumps for Petroleum,Heavy Duty Chemical, and Gas Industry Services消耗。3任智、王存智等，往復式壓縮機流量調(diào)節(jié)方式淺析(2)不要留有過大的裕量,某加氫裝置中的[J],石油化工設備技術,2003,24(4):21~23