优化过程设备的运行

动设备石油化工设备技术,2005,26(1)●23●Petro-Chemical Equipment Technology优化过程设备的运行梁永智(中国石油克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003)滴要:以离心泵、压缩机、冷却器为例，叙述了优化过程设备与提高运行可靠性、降低能耗的关系,从设计和运行管理的角度,提出了优化运行的方法。关键词:设备;优化;运行管理中图分类号:TE969文献标识码:B 文章编号 1006-88052001-0023-02过程设备(也称流程设备),指的是在工艺过~4800r/min,运行状况良好，比使用电机驱动(转程中担负能量转换.质量转换的设备，如泵、压缩速恒定)节能效益明显(在有中压蒸汽的炼油厂、机换热器、加热炉等。过程设备是连续流程的一化工厂 ,发挥蒸汽的多级做功能力是一个值得推个组成部分,其运行状况与流程密切相关。优化广 的做法)。过程设备运行的目的是:驱动泵的电机,其变频调速技术已得到广泛(1)提高设备的适应性和可靠性;应用,但是如果泵长期在过低负荷下运行,应首先(2)降低能耗。考虑更换成低负荷泵或者切割叶轮。以某炼油厂延迟焦化装置辐射进料泵为例，对多级泵,也可以采用减少级数的方法。如该泵额定流量92m*/h,额定扬程485m,转速某延迟焦化装置的辐射进料泵，由于扬程太高,能3550r/min。实际运行参数是:流量为60m3 /h,扬耗大,将叶轮从3级减少为2级,效果良好。程(表现为调节阀后压力)为2. 2MPa(240m)。由还有一种情况:有的流程泵同时具有两种功于实际运行参数远离泵的最佳工作点,效率低,运能,两种功能所要求的扬程可能是不同的,如分馏行状况差,故障率高。之后采取改变转速的方法塔的侧线泵 ,既要提供回流，又要外送(或者作封(根据相似原理,改变转速即改变了泵性能参数)，油等)。为了满足这些要求,只能提高泵的扬程，在流量不变的情况下,转速降到2600r/min,运行同时采用节流的方式进行调节。这样,尽管省了状况大为改善,电耗显著降低。一台泵,却造成能量浪费,如某焦化装置蜡油泵，1离心泵要求外送的压力为0. 8MPa,而回流只要求0.主要存在问题是:选择的离心泵流量过大、扬15MPa,由于回流量较大，而外送流量较小，如果程过高。很多文献都曾指出:所选设备规格过大、使用1台泵,必然造成能量的损失。后来增加了性能参数偏离,都可能带来设备运行不稳定,如轴1台蜡油增压泵,既有利于节能,又便于调节流量承、密封件损坏甚至轴断裂,这与液体流动状态紊(如采用变频调节)。乱,轴向力和径向力增大,生成气穴有关”。2压缩机AP1610规定了最佳工作点(即BEP),离心:(1)往复式压缩机泵应当在BEP附近运行0]。但是实际上工程技由于往复式压缩机的吸排气压力，完全术人员在选泵时,总是留一定的裕量,从而使泵偏是由工艺系统决定的,如降低压比,导致功率下降、离BEP运行。中国煤化工优化过程设备的运行方法,有切割叶轮、改变:fYHCN M H G明台人,1982年毕业于转速等,其中改变转速的方法可以达到最佳的运华东石油学院化工机械专业,获学士学位。现任中国石油克行效果。如某加氢装置进料泵,设计转速5220r/拉玛依石化分公司副总经理,教授级高级工程师,现从事设min,采用背压式汽轮机驱动，正常运行转速4600备管理和工程建设管理工作,已发表论文6篇。●24石油化工设备技术2005年排气系数提高(排气量增加)、排气温度降低,有利离心式压缩机一般使用汽轮机驱动,当需要于节能和长周期运行,但机组投资加大。调节排的流量改变时,可通过改变转速来实现。但是,转气量的方式很多,如使用附加余隙、减荷阀、改变速改变的范围是有限的。为了防止小流量喘振现转速、旁路调节,以及贺尔碧格开发的延迟关闭吸象的发生,离心式压缩机一般要设防喘振系统(实气阀( HydroCOM)技术等。要注意的是，在选择际上是回流旁路)。往复式压缩机时,一定要考虑可能的运行状况,采还有一种情况，如重整、加氢装置循环氢压缩取必要的措施。机,选型时压比过大,实际需要的压比很小,这会关于往复式压缩机排气量调节的论述可见参使压缩机的运行状况变差。表1列举了考察若干考文献[3]。循环氢压缩机(包括往复式压缩机)后的设计参数(2)离心式压缩机与运行参数的比较。复1循环氢压缩机(包括往复式压缩机)设计参数与运行参数的比较设计参数运行参数编号| 吸气压力/MPa|排气压力/MPa流量(标准状态)/|吸气压力/MPa排气压力/MPa说明(m2.h-1)(m2●h-1)A16. 7819. 228687016. 8818.150000往复机,返回调节B8.149. 80803767. 03110000小压比,大流量运行C7.168. 82400006.22 .7.226000低转速,回流6. 478. 27463505. 206.236000 .往复机E7.209.60.775006.40.7.15. 808. 40900005. 307.151059001.301. 72660001.131. 54537062低转速运行从表1中可以看出，所考察循环氢压缩机的3水冷却器实际运行参数(特别是压比),大部分低于设计参炼油厂和化工厂中大量使用水冷却器,其冷数。对离心式压缩机,通常是采用降低转速的方却水由循环水场提供,循环冷却水场水耗、.电耗都法满足运行要求。但存在两个问题:一是效率下比较高。另外,水冷却器的温差小,玲却水利用率降,包括压缩机和汽轮机;二是转速调节范围有低;分配不均匀,对冷却器产生损坏。限,一般不低于设计转速的70%。在此范围内，例1,某汽轮机的冷凝冷却器,设计温差为.如果流量仍高于要求值,只能大流量操作或者采10C,实际只有2~3C,大量冷却水被消耗。分取回流措施,这使得装置总体能耗上升。析发现该冷凝冷却器为2管程,流通面积大,未能以编号C为例,尽管转速降到接近下限，仍充分利用冷却水的压差。之后,将该冷凝冷却器采取旁路回流的方式控制流量,单位能耗大量增改为4管程,用水量大大降低。加。因此,从压缩机应满足流量要求的角度考虑，例2,某装置长期在低负荷下运行,被冷却的往复式压缩机具有优势;如果循环氢流量不大,从介质流量小，且温度低,冷却器的能力有较大裕节省投资和经济运行的角度考虑,应优先选用往量。如果降低冷却水流量,可能造成因流速太低，复式压缩机。管内产生结垢的现象。采取将几台冷却器串联的还要说明一点,循环氢压缩机--般压比不大,方式，既保证了流速和冷却效果，节省了冷却水，按照API 618的要求,其排气系统要考虑10%的又防止了结垢。裕量,这使得整个机组的能力(包括动力)大大提装置上的冷凝冷却器一般都是采用并联方高。如表1中的编号A,在额定条件下计算的指式,如果支路的流通面积和冷却器的数量存在较示功率为580kW,电机功率为940kW,运行参数中国煤化工不均,利用率不高的下实测电机的有功功率只有350kW,功率因数仅MHCNMHG为0.31,造成很大的浪费。因此，在选用往复式4总结循环氢压缩机时,要适当的确定压比，充分利用设人们往往重视设备本身的效率，而忽视实际备自身的能力,尽可能减少投资和运行费用。(下转第28页).石油化工设备技术2005年5减振平衡方 法的实验00-为了更好地验证数值分析结果,对前面讨论的方案-和方案二的仿真结果进行了实验验证。00由于方案三需要在转子中间施加平衡质量,而在实际转子的中间位置是无法施加平衡质量的,所2000400060008000以方案二的结果只能做为实际动平衡的参考。转速lr. min'根据前面方案一的数值模拟结果,在转子的图9双盘施加平 衡质量后转子的Bode图圆盘1与初始弯曲方向施加1. 4g的平衡质量,可以降低- -阶共振幅值。图8为此平衡方案下传感(2)对虚拟的故障数值模型,进行振动仿真器测到的转子启动过程振动曲线。从图8中可研究,能对各种平衡方案进行数值仿真,从而对挠见,实验结果与数值模拟的结果完全一致,此平衡性转子弯曲变形提出最优化的减振方案;方案实施后转子一阶共振峰值完全得到控制,而(3)本文的研究方法和研究结果可以大大减二阶共振峰值明显增大。少实际工程中多次启动机器进行动平衡的次数。参考文献: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转速lt. min~'response; Part I -Balancing, J. Eng. Power, 1976,98(2):171图8施加1.4g平衡质量后的Bode图图9为在圆盘1和圆盘2上,同时施加0.7g.2 F. F. Ehrich, Handbook of Rotordynamics, McGraw-Hill, New York,1992的平衡质量后,转子的振动响应曲线。3 J. s. Rao, Anote on Jffcott Warped Rotor, Mecha-5结论nism and Machine Theory ,2001 ,36(5) :563-575(1)本文建立的带弯曲故障的有限元数值模4徐宾刚,屈梁生,温广瑞.柔性弯曲转子的特性识别与型,能有效地模拟转子在实验台上的振动特性;诊断[J],西安交通大学学报，2001 ,35(3) :288~291(上接第24页)新氢压缩机,由于选择的规格太大,运行时只有运行中的效率。有人曾对某装置的离心泵做过标60%~70%的负荷,采用3级出口返回1级入口定,效率不到40%。对电机驱动的设备,低负荷的方法调节,浪费了大量的能量。又如，离心泵的下运行还会出现效率和功率因数下降的问题。因运行范围应该在BEP的两侧附近,正常运行时应此,对设备运行状况进行优化是非常必要的。该在BEP的小流量侧。有些工程技术人员在选过程设备在偏离设计参数下运行时,都会出择离心泵时,将最大流量作为设计流量,势必造成现故障率增加的现象,这是由过程设备的特性央运行时效率下降。定的。如API610中指出,当流量偏离最佳效率从节能的角度考虑,过程设备提供的能量应点(BEP)时,振动就会增加。当刚好满足需要,任何能耗(如节流)都应该降低。优化过程设备的运行首先应从设备选型开始。应注意两点:(1)在选择设备时一定要考虑实际的运行参参考文献cers in centrifugal pump数。如某制氢装置的原料气压缩机,进气压力随中国煤化工>, No.340 &341季节变化较大,在选择压缩机时可考虑改变压缩级数的可能性,以便更灵活的适应运行要求,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，往复式压缩机流量调节方式浅析(2)不要留有过大的裕量,某加氢装置中的[J],石油化工设备技术,2003,24(4):21~23