爪式泵与节能环保

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1、爪形干式真空泵在芳烃抽提装置中的节能环保应用分析李万业 王志栋 董镛摘要干式真空获得技术因其清洁真空、节能环保等特点逐渐在各个领域得到应用。本文就爪形干式真空泵在芳烃抽提装置中替代蒸汽喷射泵的节能环保效益进行对比分析，得出爪形干式真空泵在替代湿式法真空获得设备的应用中具有显著的节能环保效果，投资回收期短，并能为企业创造可观的经济效益，具有普遍的推广意义。关键词：爪式干泵 芳烃抽提 节能环保前言在芳烃抽提装置中，目前主要以蒸汽喷射泵为真空获得设备。喷射泵主要以水蒸汽作为驱动介质。在石化行业的绝大部分设备中，水蒸汽作为基本的驱动介质被大量地生产应用。相对于其它湿式真空泵，水蒸汽喷射泵是比较经济的选

2、择。但蒸汽喷射泵的蒸汽消耗量大，被抽溶剂和气液混合物不能直接回收利用，且产生大量废水对环境造成污染，运行成本仍然较高。爪形干式真空泵（以下简称爪式泵）是一种新型环保真空获得设备，其过流部分没有任何有机介质，在提供清洁真空环境的同时，还可回收大量的可凝性气体，实现气液分离、回收利用和节能环保。山东齐旺达集团 10 万吨芳烃抽提装置一年多的应用实践表明，爪式泵不但可以提高系统真空度，其特有的压缩冷凝功能可直接回收气液混合物中的产成品，剩余永久气体能直排大气，能耗低，没有废水排放。实现了节能环保，降低了运行费用，为企业增加了更多的利润。一、爪式泵的结构原理及特点1、 爪式泵的工作原理（图 1） 转子

3、爪形干式真空泵因转子形状为爪形（图 1）而称爪泵；过流部分不使用任何油类等液体润滑剂做密封，采用间隙密封。按工作原理划分，属于变容干式机械真空泵。泵在结构上采用单级或多级转子串联结构形式；过流部分无任何实质性接触摩擦，转子悬浮于泵腔内做同步反方向运动，可长期稳定的保持极限真空、抽速、压缩比不变，连续工作，使用寿命长，可常压下启动。图 2 是爪式泵变容压缩做功完成真空获得的过程。1、转子对在初始位置，吸气腔的容积较小，吸气口接通。转子对开始反向运转，吸气腔容积逐渐增加；排气腔则不断缩小 。2、随着转子对的运转，吸气腔容积增大，吸入的气体也越来越多。排气腔不断缩小，和排气口刚好接通，开始排气。 3

4、、转子对的运转使排气腔变小，气体得最大限度压缩。吸气腔已变得最大，吸气快结束。 4、吸气腔和排气腔合为一体，真空室不吸气也不排气；进、排气口都自行关闭。 2（图 2）转子工作示意图爪式泵爪泵将所抽除气体经过泵内的多级（一般为 4 级）压缩后，排出气体，使泵内及所抽容器获得真空。排空路径（气道）流程如图 3。（图 3）排空路径图气体经进气口进入一级工作腔，通过转子变容压缩做功压入二级工作腔，各级工作腔依次类推重复一级工作腔的工作，气体由排气口排出泵外，来完成抽真空的目的。2、 爪式泵的性能特点：（1）转子在泵腔内悬浮、无任何接触性摩擦、腔内没有任何润滑油和有机介质，运行维护成本极低；（2）常压启

5、动，可直排大气独立工作，也可以和罗茨真空泵及分子泵组成无油 泵机组；（3）清洁抽空，对被抽容器和环境均无污染；（4）具有极强的抽除可凝性气体的能力，包括纯溶剂气体，能够做到气液分离，精细化分流，且能重复回收使用；（5）可真正实现大量排液；且可在实际工作中，边正常工作边排液；进气排气（6）可根据用户负载情况调节转速，更有效地节省能源；（7）变频调速控制，柔性启动，整机冲击小，使用寿命长。且整机过载保护，具有故障自动保护，不会出现破坏性损坏；可与 DCS 系统方便对接通讯。（8）可以长期抽大气，改变了进口干泵最大入口压力限制；（9）爪式泵泵具有免拆泵清洗功能，在使用过程中如有大量的液体、粉尘或粘稠

6、物等异物后，可以在不拆泵的情况下，半小时内对泵内部全部清洗并恢复到出厂水平，工作状态稳定。二、蒸汽喷射泵在 10 万吨芳烃抽提装置中的能耗分析1、工艺流程（如图 4）（图 4） 采用蒸汽喷射泵的工艺流程 T-103 芳烃塔组分经过 E-115A/B 水冷器冷却后进入 V-104 芳烃塔回流罐，在此经过气液分离、油水分离，分离后液相组分经泵打出直接进入后续 T-104 苯塔系统生产装置主要产品苯、甲苯。气相组分经过 V-104 芳烃塔回流罐气相线水冷器冷却后进入蒸汽喷射泵入口。油水混合物经分离后，物料进入原料罐，废水送污水处理厂。系统中，蒸汽喷射泵的工作真空度可达 70KPa ，加热器的加热温度

7、为 175。2、能耗分析蒸汽用量：约 337.5 公斤/小时，蒸汽费 200 元/ 吨。年消耗蒸汽量约 2700 吨，产生蒸汽费约 54 万元。污水处理：年排放污水约 2700 吨，污水处理费为 15 元/吨。年污水处理费为 4.05 万元。用水量：每小时用水 3.29 吨，水费 4 元/吨。年用水量约 26280 吨，折合水费为 10.5万元。年综合能耗费用为 68.55 万元。3、物料回收采用蒸汽喷射泵的系统，物料回收只能通过放空系统冷却返回原料罐，回收物料作为原料使用进入下次生产循环。10 万吨芳烃抽提装置中，每小时进料为 15 吨，回收原料 61.6 公斤。年回收原料约为493 吨，折

8、合人民币约为 242 万元。二、爪式泵在 10 万吨芳烃抽提装置中的能耗分析1、为取代水蒸汽喷射泵，爪式泵选型应满足下述要求：（1）节能降耗。（2）满足系统对真空度的要求。（3）有较强的抽除可凝性气体的能力，并能直接回收液相芳烃。（4）安装调试、维护方便，占地面积较小。2、爪式泵的选型参数（表 1）及功能特点参数 型号GZ-150DY1极限真空(Pa) 50抽气速率(L/S) 150满载功率(KW) 22输入电压(V) 380冷却水流量(M 3/h) 0.7（表 1）爪式泵选型参数经充分分析比较后，决定采用立式联排结构的爪式泵，型号为 GZ-150DY1 型。立式联排结构爪式泵的转子轴及电机并

9、排竖直安装，进气口在泵上面，排气口在泵下部泵体由循环水冷却。四对转子装在二根平行轴上，电动机倒立安装，经过渡齿轮将动力传递到转子轴上。泵腔级与级之间有隔板，隔板上有级间气体通道。气体的进气口和排气口均开在隔板端面上，分别由两个转子端面定时开闭。当泵腔的一部分正在压缩气体和排气时，另一部分则打开入口，吸入气体。每一级都是气体入口在上，出口在下，便于压缩冷凝的液体或粉尘微粒正常排出。 1立式联排爪式泵具有连续不间断自动排液功能，且能抽除含有灰尘和带有悬浮微粒的气体，而且轴向返流小。 且结构稳固，重心低，振动小，安装调试和后期维护方便。3、工艺流程（图 5）T-103 芳烃塔组分经过 E-115A/

10、B 水冷器冷却后进入 V-104 芳烃塔回流罐，在此经过气液分离、油水分离，分离后液相组分经泵打出直接进入后续 T-104 苯塔系统生产装置主要产品苯、甲苯。气相组分经过 V-104 芳烃塔回流罐气相线水冷器冷却后进入爪式泵入口。爪式泵在变频器控制下将系统压力控制在 40Kpa（原蒸汽喷射泵只能抽至 70Kpa） 。爪式泵在变频器控制下负荷操作弹性较大，完全可以满足超负荷生产要求。爪式泵抽出的液相芳烃（纯度 99%以上）则由调节控制系统控制进入 V-104 芳烃回流罐从而完成芳烃组分回收，不凝气由调节控制系统气相线进入放空系统。抽提系统的真空度为 40Kpa，加热器的加热温度为 165 。 （

11、图 5）采用爪式泵的工艺流程4、能耗分析用电量：爪式泵正常使用 60%左右负荷，每小时耗电约 14.38 千瓦，电费 0.6 元/KW/H。年耗电量约 115000KW/H，折合电费为 6.9 万元。用水量：每小时用水量约 1 吨，水费 4 元/吨。年用水量约 8760 吨，折合水费为 3.5 万元。年综合能耗费用为 10.4 万元。5、物料回收采用爪式泵后，系统可直接回收纯度为 99%的液相芳烃。每小时进料约 15 吨，回收芳烃 68.4 公斤。年回收量约 547 吨，折合人民币约为 331 万元。三、运行能耗费用及经济效益比较（表 2）10 万吨/年芳烃抽提装置中蒸汽喷射泵与爪式泵年运行费

12、用及经济效益比较（表 2）运行能耗费用及经济效益比较项目 单位 蒸汽喷射泵爪式泵购置费 万元 5 50耗蒸汽量 吨/年 2700 0蒸汽费（成本 200 元/吨） 万元 54 0购置费及运行能耗费比较耗电量 KW/h/年 0 115000 通过上表分析可知，在 10 万吨芳烃抽提装置中，用爪式泵替代蒸汽喷射泵，仅运行费用一年可减少 58.15 万元，且没有污水排放，不但节能，而且环保。爪式泵替代蒸汽喷射泵后，能直接回收价值 331 万元的液相芳烃，能帮企业多创造 89万元的经济效益，收益可观。另外，还提高了系统真空度（由原来的 70Kpa 提高至 40Kpa） ，而且降低了加热器的加热温度（由

13、原来的 175降低为 165） 。虽然爪式泵的初始采购成本较高，但通过节能收益和回收物料收益，仅 4 个多月就可收回成本。四、 结论干式法真空获得技术替代湿式真空获得技术是国际发展趋势，21 世纪将是干式泵的世纪。 【3】 在芳烃抽提装置中，蒸汽喷射泵的高能耗、高排污费用增加了企业成本，降低了企业竞争力。用爪式泵替代蒸汽喷射泵，不但符合国家政策方向，而且节能环保，更能为企业带来显著的经济效益。在石化生产中，目前采用的真空获得设备大多数都是高耗能和高污染的，且生产过程中的溶剂和物料不能得到很好的回收利用。本文虽然仅对芳烃抽提装置中爪式泵的节能环保和物料直接回收利用进行了分析，但所得结果在石油化工

14、行业具有普遍的推广价值和意义。参考文献：1 张以忱. 第三讲：机械真空泵（四）J. 真空, 1996, (01)电费（成本 0.6 元/KW/H）万元 0 6.9循环冷却水量 吨/年 26280 8760水费( 成本 4 元/吨) 万元 10.5 3.5污水处理量 吨/年 2700 0污水处理费（成本 15 元/吨）万元 4.05 0总运行费用 万元 68.55 10.4节约费用对比 万元 0 58.15节约率 % 0 84.8%节约费用计算投资回收期 10.3 个月溶剂/气液混合物回收量 吨/年 492.5（原料）547（芳烃）溶剂/气液混合物市场价 万元 242（市价4900 元/吨）331（市价 6050元/吨）回收率比较 % 100% 137%多回收物料价值 万元 0 89回收物料比较节约费用和多回收物料价值总和万元 0 147.15综合计算投资回收期 万元 4.1 个月结论 相对于蒸汽喷射泵，一年可增效 147.15 万元/年。2 达道安.真空设计手册. M 北京：国防工业出版社，2004 ：2603 董镛.干泵21 世纪照耀真空工业的新星J. 真空， 1997， （4）