液力透平在加氢裂化装置中的应用分析

液力透平在加氢裂化装置中的应用分析
摘要：本文主要介绍了中韩（武汉）石油化工有限公司1.8Mt/a加氢裂化装
置反应进料泵-液力透平泵组的工作原理和结构特点。

结合日常正常生产运行，
分析液力透平投用注意事项，实际应用流程及联锁控制方案和节能降耗效果。

关键词：液力透平加氢裂化能量回收节能降耗
1.生产装置介绍
1.1装置简介
中韩（武汉）石油化工有限公司是由中国石化集体和韩国SK公司合资成立
的大型炼油化工一体化企业，是华中地区最大的炼油化工生产基地，以下简称中
韩石化。

中韩石化拥有一套处理能力为1.8Mt/a的加氢裂化装置，由中国石化工
程建设公司设计，年开工时间为8400小时，2012年顺利建成投产。

该装置以管
输混合油（胜利原油30%，阿曼原油45%，MASLA原油25%）的减压轻蜡油
（365~475℃）进行设计。

主要针对中东减压蜡油进行脱硫，脱氮，脱金属并部
分裂解为石脑油，航煤，柴油和尾油。

生产的石脑油可作为乙烯原料，重整原料，柴油是优质的低硫轻柴油产品，尾油是优质的乙烯原料。

以下分析总结均基于该
套加氢裂化装置生产运行情况。

1.2本装置液力透平设备介绍
在中韩石化1.8Mt/a加氢裂化装置的反应进料阶段，为了将反应产物从热高
压分离器到热低压分离器的能量回收，减少装置的能源浪费，反应进料泵P6102A
采用了液力透平和电机共同驱动的方案。

由日本荏原（EBARA）设计制造，泵+齿
轮箱+电机+单向离合器+液力透平泵组的布置方式采用电机和液力透平之间用联
轴器和离合器连接，通过齿轮箱增速后驱动进料泵，进料泵和液力透平位于泵组
的两侧外端。

图1 进料泵及液力透平性能参数表
2.液力透平工作原理
2.1原理介绍
透平是将流体介质中蕴含的压力能转换为机械能的工业设备，又称涡轮或涡
轮机。

以液体为工作介质的透平称为液力透平。

液力透平的吸入口吸入高压流体，通过安装在透平轴上的多级叶轮逐级减压，将高压介质的压力能转化为动能，推
动叶轮高速转动，从而驱动透平轴旋转带动泵轴旋转，通过离合器传递至泵或电机，输出能量，从而达到减少电机功率消耗的作用。

图1 反应进料泵及液力透平轴系图
2.2结构介绍
液力透平的结构可以类比普通的多级离心泵，在离心泵的基础上，根据液力
透平的反向运动的特点进行调整。

主体结构也是由泵体，轴承，叶轮等核心部件
构成，中韩石化加氢裂化装置的这一套液力透平设备是双箱体结构，其特点是：一个简单的圆焊缝柱状外箱体，内含一个剖分式的内涡壳。

内涡壳和外箱体之间的空间填充液体，这些液体是由泵以恒定压力充入的。

外箱体单独承受破裂压力并承受拉应力，内涡壳只承受压缩应力。

图2 液力透平结构剖面图
表2液力透平零件表
3.液力透平实际应用流程及控制方案
3.1装置热高分流程
加氢裂化装置生成的裂化反应产物（约375℃）经过反应产物/混氢油换热器换热至240℃后进入热高分离器进行油气二相分离。

热高分气依次经过高分气/低分油换热器一，热高分气/混合氢换热器和热高分气/低分油换热器二后降温至130℃。

再通过热高分空冷器降温后进入冷高分罐进行气、油、水三相分离。

而热高分油（15.4Mpa）则经过液力透平降压后(2.44Mpa)进入热低分离器再次闪蒸分离气体。

在这个过程中回收热高分到热低分之间的能量为反应进料泵提供部分驱动力，从而节省电能。

图3 加氢裂化热高分流程图
3.2控制思路及具体操作
热高分共设有三套液位指示表，其中LI11201可以作为液位控制表，
LI11202和LI11203是作为联锁信号选择。

通过LICA10701把输出信号阀门选择
器送到阀门LV11201A或LV11201B上来调节热高分的液位，这两个阀门正常投用
一个，另外一个作为备用。

热高分液位必须严格按照操作规程进行控制，严禁发生高压串低压的事故。

当液位低至10%会导致液位低低联锁动作，关闭热高分去热低分的液控阀，同时
液力透平停泵。

4.液力透平投用
4.1液力透平投用步骤
首先是检查阶段，确认联轴器，防护罩，机械，仪表的完好，盘车两周以上，灵活均匀无卡涩，再确认液力透平进出口阀门关闭，进出口排凝以及泵体排凝关闭，预热线关闭，上游热高分罐压力，液位正常。

确认润滑油系统正常，密封系统，软化水站以及伴热线正常。

检查无误后进入准备阶段，投用压力表，投用密封吹扫冷却系统后暖泵。

将
液力透平密封油压压至0.5Mpa，缓慢将低分油从液力透平出口联通线引入透平。

打开透平泵体排凝排气，直到管线变热见油后关排凝。

根据液力透平泵体压力逐
渐将密封油压力提升至3.0Mpa，该过程中确保密封油压力始终保持大于泵体压力0.3Mpa。

待透平压力与低分系统压力一致后全开出口，确保暖泵过程中液力透平
入口切断阀全关。

缓慢调整预热线控制升温，升温速度不大于每小时50℃。

暖泵
完成后，投用冷却水系统，润滑油系统，出口安全阀等。

此时液力透平具备开泵
条件。

检查联锁均正常后缓慢打开液力透平入口调节阀，直至现场冲转，冲转后检
查设备振动声音是否正常，是否存在法兰等泄露情况。

检查无误后继续开大调节阀，提高转速，直至超越离合器挂挡。

确认现场已经挂挡后，电机电流显著下降。

确认液力透平出入口全开，转速，流量正常，振动值不大于7.1mm/s，轴承温度
不大于65℃，且无泄漏后投用液力透平联锁系统。

4.2联锁设置
加氢裂化装置是典型的高温高压装置，国内外也曾经发生过类似装置的串压
导致容器撕裂乃至爆炸事故。

特别液力透平位于热高分罐和热低分罐之间，进出
口存在比较大的压力差，所以为了保证设备的正常平稳运行和装置的安全平稳生产，在加氢裂化工艺系统和液力透平设备本身设置了安全联锁系统，设置和功能
如下：
①联锁条件
1.
反应进料泵P6102A停运。

2.0.7Mpa/min紧急泄压启动。

3.热高分罐D6103
液位LT11201，LT11202，LT11203三取二，联锁值为低于10%。

4.辅操台设液力
透平停运按钮，按下停泵按钮，停运液力透平。

5.液力透平转速达到3100rpm时，超速离合器自动脱离，同时自动关闭液力透平入口切断阀，液力透平停运。

6.液
力透平轴振动达到100um时，触发机泵自身停泵联锁。

7.液力透平轴位移达到
0.8mm时，触发机泵自身停泵联锁。

②联锁输出
1.
关闭液力透平进口切断阀，停液力透平。

2.液力透平入口流量调节阀在DCS 上自动关闭，并且将自动改为手动。

3.SIS辅操台报警。

5.液力透平能耗分析
以中韩石化加氢裂化装置为例，液力透平首次运行期间反应进料泵P6102A 出口流量控制为220t/h，投用液力透平后，随着调整的优化，液力透平入口控制阀阀位逐渐开大，入口流量随之增加，液力透平做功也逐渐增大，反应进料泵
P6102A电机电压为6000W，电流从190A逐渐下降到145A，即电机电流共下降了45A，进料电机电流趋近稳定，液力透平流量达到设计工况，可以大幅降低装置能耗，提升节能效果。

节能情况计算P=√3UIcosΦ，每小时节省功率：P=1.732×6
000×45×0.88=411.5 kW，装置将根据生产情况，优化透平的经济效益，液力透平按每年运行 8400 h，武汉地区工业用电每度电 0.69元计算，每年大约节省电费 239万元（≈411.5×8 400×0.69），与液力透平采购安装的投资以及透平投用后的日常维护费用之和相比较，一年可回收成本，所以经济上讲是非常可观的。

1.
总结
综上所述，液力透平对于加氢裂化装置的节能减排起到了非常显著的作用。

液力透平设备的顺利投用以及安全平稳长期运行对降低装置综合能耗有着很重要的意义，同时也积极响应了国家节能减排的号召。

结合中韩石化加氢裂化的实际生产情况和国内外其他大型炼厂高压加氢类工艺的运行状况，液力透平设备在石油炼制领域已经比较成熟，以后可以通过优化调整，精细操作，发挥出该设备更大的潜力，为节能减排事业做出更大的贡献。

参考文献：
1.
纪星桥，郑怡．液力透平在加氢装置中的应用初探［J］．山东化工，2019.4.8（９）
2.
毕锦明[1].液力透平在加氢裂化装置中的应用[J].化工管理,2020,0(3)
3.
潘岩[1].液力透平在加氢裂化装置的应用[J].辽宁化工,2019,0(8)
作者简介：张廉成，2017年毕业于武汉工程大学过程装备与控制工程专业，获学士学位，现在中韩（武汉）石油化工有限公司从事加氢裂化生产工作，助理工程师。