爪形干式无油真空泵的节能环保应用分析

　　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。本文就爪形干式无油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，得出爪形干式无油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，主要以蒸汽喷射泵为真空获得设备。在喷射泵中主要以水蒸汽作为动力介质。在绝大部分工业中，水蒸汽作为基本的能量被大量地生产，容易获得。相对于其它湿式真空泵，水蒸汽喷射泵是比较经济的选择。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。爪形干式无油真空泵（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，在给用户提供清洁真空环境的同时，可抽除大量的可凝性气体，实现气液分离、回收利用和节能环保。在山东齐旺达集团10万吨芳烃抽提装置中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*的压缩冷凝功能可直接回收气液混合物中的产成品，剩余气体能直排大气，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。
　　
　　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1）
　　　　
　　T-103芳烃塔组分经过E-11/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，蒸汽喷射泵能抽真空到70KPa，加热器的加热温度为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，折合人民币约为242万元。
　　
　　二、爪式泵在在10万吨芳烃抽提装置中的能耗分析
　　
　　1、爪式泵选型要求
　　
　　（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、后期维护方便，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（M3/h）0.7
　　　　
　　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，极限压力小于50Pa，抽气速率为150L/S。
　　
　　立式联排结构爪式泵的转子轴及电机并排竖直安装，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2）
　　
　　T-103芳烃塔组分经过E-11/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）。爪式泵在变频控制下负荷操作弹性较大，*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。
　　
　　系统真空度为40Kpa，加热器的加热温度为165℃。
　　
　　（图2）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、经济效益
　　
　　运行能耗费用及经济效益比较（表2）
　　
　　10万吨芳烃抽提装置中蒸汽喷射泵与爪式泵年运行费用及经济效益比较
　　
　　项目单位蒸汽喷射泵爪式泵
　　
　　购置费及运行
　　
　　能耗费比较
　　
　　购置费万元550
　　
　　耗蒸汽量吨/年27000
　　
　　蒸汽费（成本200元/吨）万元540
　　
　　耗电量KW/h/年0115000
　　
　　电费（*.6元/KW/H）万元06.9
　　
　　循环冷却水量吨/年262808760
　　
　　水费（成本4元/吨）万元10.53.5
　　
　　污水处理量吨/年27000
　　
　　污水处理费（成本15元/吨）万元4.050
　　
　　总运行费用万元68.5510.4
　　
　　节约费用对比万元058.15
　　
　　节约率%084.8%
　　
　　节约费用计算投资回收期10.3个月
　　
　　回收物料比较
　　
　　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089
　　
　　节约费用和多回收物料价值总和万元0147.15
　　
　　综合计算投资回收期4.1个月
　　
　　结论
　　
　　相对于蒸汽喷射泵，一年可增效147.15万元/年。
　　　　
　　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、爪式泵的结构原理及特点
　　
　　1、爪式泵的工作原理
　　　　
　　爪形干式无油真空泵因转子形状为爪形（图3）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4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、转子对的运转使排气腔变小，气体得zui大限度压缩。吸气腔已变得zui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]
　　　　
　　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5.
　　
　　进气
　　
　　排气
　　
　　（图5）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*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；
　　
　　（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zui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。
　　
　　3、爪式泵的应用范围
　　
　　爪式泵主要用于获得无油真空并且可靠性要求很高的真空环境。广泛应用于航空航天、核工业、电子、化工、生物制药、冶金、特殊气体制造等行业，适用于真空蒸馏、分子蒸馏、真空镀膜、无泄露气体传输、真空制备材料等工艺，在普通大气、富含水蒸气、酒精、汽油等特殊应用环境都可工作。清洁抽空，并可抽除含有可凝性气体及一定量粉尘气体的真空环境。使用寿命长，维护方便，维护成本低。爪式泵还可以和罗茨泵或分子泵组成无油中真空及无油高真空机组。
　　
　　五、结论
　　
　　干式法真空获得技术替代湿式发真空获得技术是发展趋势，21世纪将是干式泵的世纪。【3】在芳烃抽提装置中，应用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的作用进行了分析，但所得结果在石油化工行业具有普遍的推广价值和意义。