加氢装置液力透平国产化改造

加氢装置液力透平国产化改造

陈强

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司  河南洛阳  471012

摘要：加氢等高压炼油化工装置中能量回收液力透平技术的应用能较好地将生产系统高压产生的势能进行回收，大幅节约生产能耗。但蜡油加氢液力透平节能设备目前主要仍采用进口设备，由于备件采购周期长，价格昂贵，严重制约设备的检修和长期稳定运行。随着我国机泵行业的发展，蜡油加氢液力透平的国产化势在必行。

关键词：加氢装置；液力透平；国产化改造；

引言

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司炼油结构调整项目蜡油加氢改造为中压加氢裂化装置中加氢进料泵组的液力透平已无法满足新装置的运行需求，经过与原液力透平厂家的多次沟通和国内厂家的多次调研，改造升级后的装置决定采用国产化液力透平。

1 原液力透平介绍

原蜡油加氢装置加氢进料泵组采用进料泵+电机+离合器+液力透平的常规配套形式。泵正常运行时，由电机带动泵叶轮旋转，同时液力透平由高分油驱动做功，从而减小电机的负荷，为装置正常运行节约能耗。整个机组为原装进口设备。

液力透平采用BB5双壳体，内芯径向剖分，平衡机构采用平衡鼓结构+金斯伯雷推力轴承平衡残余轴向力的组合结构，由于液力透平属于气液混输状态，透平的轴向力始终处于不稳定状态，转子存在轴向频繁串动现象，不利于机械密封的稳定运行。如图1所示，液力透平密封腔体采用独立的结构，在液力透平出口压力2.6MPa，介质温度250℃运行状态下，独立的密封腔体存在一定的变形，不利于机械密封的长周期稳定运行。由于平衡机构及密封腔结构的设计，液力透平机械密封运行寿命不足一年，机械密封的频繁检修对设备的长期稳定运行造成了很大的困扰。

图1  液力透平剖面图

2 液力透平国产化改造

蜡油加氢装置升级改造后的透平出口压力达到2.9Mpa，上述结构对机械密封的影响会更大，通过此次装置升级改造，对液力透平进行针对性设计和制造。

2.1 选型

2.1.1 装置升级改造前后液力透平设计参数

表1 液力透平改造前后设计参数对比表

2.1.2 装置升级前后液力透平参数分析

装置升级改造后，如使用原液力透平，如图2所示液力透平将运行在工况点244m3/h,回收水头860m，回收效率68%，回收功率约为251.7kW.h。运行流量和水头严重偏离设计参数，能量损失严重。原液力透平已不适用于改造升级后新装置的高效运行。

图2  液力透平性能曲线图

2.1.3 液力透平选型

（1）由图2曲线可以看出，液力透平水头曲线比较陡，液力透平的输出功率和效率随流量的下降而迅速降低，当流量下降至最佳效率点的40%时，输出功率和效率均为零。

（2）根据液力透平设备坚持长期、稳定高效回收能量的重要原则，API610第11版标准规定（见图3），在规定的工艺压差条件下，液力透平设计流量与运行流量差值不得超过5%，否则会出现出功不足的现象。

（3）液力透平的在大流量高效区比较宽且在高效点右侧效率下降比较缓慢，选型应在保证流量和压差的基础上，选在液力透平高效点的右侧，以免运行时由于流量的波动造成的效率下降过大。

（4）根据原液力透平机械密封的使用情况以及目前同类装置机械密封的配套形式，机械密封冲洗方案由原来的Plan53B改为Plan32+53B，保证机械密封的长期稳定运行。

图3  水力回收水轮机试验性能允差图

2.2 国产化液力透平结构

液力透平的改造要求现场施工最小，保证在进出口管路和液力透平底座不动的情况下进行安装，致使新液力透平的结构形式和原液力透平保持一致，即采用BB5双筒体内芯径向剖分结构。为保证进出口管道轴向位置不变，透平加中间空段保证进出口法兰间距，见图5。

考虑到造成原液力透平机械密封运行寿命短的因素，新液力透平采用整体式机械密封腔增加其强度，采用鼓盘鼓平衡机构减小气液混输造成的转子轴向串动。

液力透平筒体与轴承托架采用整体焊接式结构，增加了机组的整体刚性。

选择优秀的水力模型，液力透平导流壳喷嘴与转轮水力工况参数相匹配，都应用于高效区，效率高，运行稳定性好，整机使用寿命长。

采用空间流道式导叶，避免高压液体降压过程中出现紊流，减小对轴系振动的影响，见图5。

叶轮与轴采用过盈配合，适用于透平在高温高压下连续运转保持转子的运行稳定性。

径向轴承和推力轴承采用与原液力透平一致的四油楔径向轴瓦和金斯伯雷推力轴承。

图4  空间导流壳

图5  国产化液力透平剖面图

2.3 配套升级

原液力透平仪表配套单一，仅有轴承温度检测和轴位移监测，装置升级改造后增加轴振动监测、筒体上下温度监测。轴振动监测可以及时判断转子是否有故障，并能迅速查明故障原因、部位、预测故障影响，提高液力透平转子的维修管理水平。筒体上下温度监测便于暖液力透平温升的控制，使液力透平暖机更彻底，为安全运行做保证。

3 经济效益分析

液力透平经济性判断原则见下式：

K=（M1*P*3*8400）/M2＞1

其中：K-经济系数；

P-透平输出功率，kW；M1-电价，元/kW.h；

M2—透平一次性投资+3年预计维护费用，元

一般认为在3年的运行周期内，经济系数＞1，液力透平就有很好的经济效益。根据P=ρgQH=391.1kW，按电价M1= 0.7元/kW.h，每年节约电费约230万元。

4 结论

加氢装置液力透平国产化改造已圆满运行成功，振动、位移等泵组机械运行参数达到优良水平，工艺参数符合设计要求，说明此次改造从水力模型、结构、管道布置、安装等方面是成功的。 并且进一步证实国产液力透平也具备下述特点。

（1）液力能量回收透平是一种非常有效的能量回收机械。 它具有节能效果明显、 投资回收快以及运行平稳可靠等优点。

（2） 随着液力透平技术的进步，能量回收透平在各类工业装置中有广泛的应用前景， 经济效益及社会效益显著。

（3）液力透平技术的应用能大幅降低装置的能耗，提高装置的运行效率。

参考文献：

[1] 《石油、石化、天然气工业用离心泵》, API610 11th ；

[2] 《离心泵和转子泵用轴封系统》, API610 11th ；

作者简介：陈强(1990.04)，男，助理工程师，毕业于河南科技大学机械设计制造及其自动化专业，现从事设备管理工作。

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