炼油及乙烯装置主要用泵介绍

炼油及乙烯装置典型工艺及主流程泵简介
一、综述
1.石油和化工工业装置主要涉及的领域如下：以石油与天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的石油石化加工工业，其产品链如图3-1所示。

2.石油和化工行业用泵有以下特点：
1）泵的种类多。

包括离心泵（含轴封
离心泵、无密封离心泵、高速离心泵、
皮托管离心泵等）、轴流泵、混流泵、
旋涡泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵、螺
杆泵、齿轮泵、凸轮泵、滑片泵、液环
泵、喷射泵等。

2）作为装置的心脏，泵在石油和化工
行业中被大量使用。

资料显示，在石油
和化工装置中，泵配套电机的功率占全
厂用电的26%~59%。

据专家估计，全国
泵类产品平均耗电量约占全国总发电
量的20%。

也就是说，在石油和化工行
业，泵所占的用电比例为平均值的
1.3~3倍。

例如，一个大型的千万吨/
年的炼油及其配套装置（常减压蒸馏、催化裂化、焦化、加氢等）需要各类泵400台左右，其中离心泵占83%，往复泵占6%，齿轮泵和螺杆泵占3%，其他占8%。

一个百万吨/年的乙烯及其配套装置（包括乙烯、丁二烯、汽油加氢、聚乙烯、丙烯腈、苯乙烯和聚苯乙烯、罐区、公用工程等）需要各类泵大约1000台，其中离心泵（包括无密封离心泵）占82%，往复泵和计量泵占8%、齿轮泵和螺旋泵占5%，其他占5%.
3）泵的工业条件比较苛刻。

如：输送的介质比较恶劣，如高温、高压、腐蚀性、易燃危险或毒性介质等；所在的环境比较恶劣，如爆炸和火灾危险性区域，气体腐蚀性区域，存在化学、机械、热源、霉菌及风沙等环境条件的区域等。

二、炼油装置用泵
炼油装置，通常通过常减压蒸馏、加氢脱硫、催化裂化、加氢裂化、催化重整、延
迟焦化、炼厂气加工及产品精制等装置，把原油加工成各种石油产品，如各种牌号的汽油、煤油、柴油、润滑油、溶剂油、蜡、沥青、石油焦以及生产各种石油化工基本原料。

1.炼油工艺流程简介
燃料型炼油厂通过常减压蒸馏将原油中的轻质馏分汽油、煤油、柴油分出，利用催化裂化、焦化、加氢裂化将重质油转化为轻质油。

典型的燃料型炼油厂加工流程如图3-2、图3-3所示。

在燃料-化工型炼厂中，轻质馏分油一部分用作燃料，一部分通过重整、裂解工艺制取芳香烃和烯烃，作为有机合成的原料，如图3-4所示。

图3-3 常减压蒸馏-催化裂化-加氢裂化-焦化型流程
2.炼油装置用泵概述
离心泵、往复泵、计量泵、螺杆泵、无密封泵在炼油装置中都有应用，使用最多的是离心泵，占83%左右。

近年来，由于无密封泵技术的不断提高，环境保护意识的不断增强，无密封泵（屏蔽泵、磁力泵）在炼油装置中的应用不断扩大。

根据炼油加工工艺的不同，装置规模的不同，泵的操作参数变化范围很大。

由于炼油装置生产的连续性，对泵的可靠性提出了较高的要求。

1）炼油厂用泵的有关国际标准：以API610及相关标准为主。

2）炼油厂用离心泵的类型：大量采用的是悬臂式和两端支撑式泵。

●悬臂式泵：OH1为卧式地脚支撑单级悬臂泵，适用于常温（温度低于150℃）及较低
的操作参数（流量、扬程、功率）的泵；OH2为卧式中心线支撑单级悬臂泵，适用于高温及中等的操作参数以下泵，在有条件的情况下可以对高温泵的支脚和轴承进行冷却，但目前的趋势是尽量不用冷却水；当泵送介质温度低于200℃，可不考虑用水冷却，在温度高于200℃，且泵制造厂提出为满足API610对轴承寿命及油池油温的要求时才考虑冷却水冷却。

●两端支撑式泵：功率大于355kw的两级泵或单级双吸泵，一般不采用悬臂式结构，
都采用两端支撑式结构，如BB1和BB2型。

BB2型在炼油装置中广泛应用，BB3型多用于长输管道的输油泵；BB4型价格低廉，但在高温、高压场合可靠性低，而且维
修转子时需要拆除进出口接管等原因近年来有被BB5取代的趋势，BB5广泛用于高温、高压、易燃易爆场合。

●立式悬吊式泵：立式悬吊式泵在炼油厂也有应用的实例，由于其检修不便，主要用
于具有特殊安装位置要求或汽蚀余量要求很低的场合。

●机械密封：炼油厂大部分离心泵都采用机械密封，填料密封已极少采用。

API682标
准是炼油厂选用的指南，尽管单密封价格低，可靠性高，但由于环保要求的不断提高，越来越多的泵选用了双密封，同时泵用干气密封也发展的很快。

3.炼油装置几种关键泵
表3-1 1000万吨/年炼油厂典型泵（泵量约在400台、约14套装置）
1）加氢装置进料泵
加氢进料泵为各类加氢装置提供原料，根据不同的工艺，其出口压力最高可达20MPa 左右，大多采用BB5型卧式双壳体多级离心泵（个别规模较小的装置也有采用OH6高速泵或往复泵）。

BB5型卧式离心泵的筒体有铸钢和锻钢两种；内壳体有垂直剖分（导叶压水室）和水平剖分（双蜗壳压水室）两种型式。

内壳体垂直剖分是应用最广泛的一种结构，其内壳体采用导叶压水室，叶轮大多数
采用串联布置，由安装于出口端的平衡鼓（平衡盘或盘鼓结合）来平衡轴向力（为了保持转子操作的稳定性，一般平衡90%～95%的轴向力，残余的轴向力由推力轴承承担），也有采用叶轮背靠背布置的方式平衡大部分轴向力的结构。

内壳体采用水平剖分结构的泵品牌较少，这种结构的泵内壳体采用双蜗壳压水室结构，叶轮采用背靠背布置的方式。

不同的内壳体剖分结构有其不同的优缺点，垂直剖分结构的内壳体直径小，加工容易，对转子产生的轴向力要比双蜗壳更小，有利于转子的稳定性。

水平剖分双蜗壳结构安装方便，转子可以做整体的动平衡，导叶压水室结构的转子动平衡后在安装时需要拆开重新组装，因此单独零件的平衡应需要更高的精度。

串联布置的叶轮轴向尺寸较短，有利于增加轴的刚度，背靠背布置的叶轮可以平衡大部分轴向力，但轴的长度增加，对轴的刚度不利。

2）催化裂化装置油浆泵
催化裂化装置油浆泵介质为催化裂化装置分馏塔塔底高温油浆，介质温度为300～375℃，且含有催化剂颗粒。

该泵所需的扬程不高，根据其流量的大小有单级悬臂OH2型和单级两端支撑的BB2型。

这类泵的最大问题是介质中的催化剂颗粒产生的磨蚀问题，其对策主要有：
●优化水力学设计，避免流体分离漩涡产生的磨蚀；
●采用耐磨蚀材料，或表面处理技术，提高耐磨性，延长寿命；
●采用可更换的衬里结构；
●加厚部件延长使用寿命。

油浆泵壳体通常采用全衬里结构，可更换衬里采用ASTMA487CA6NM（0.06%C, 11.5%～14%Cr, 3.5%～4.5%Ni，马氏体不锈钢）铸造，并用不锈钢固定件固定在外壳体上，叶轮材料和衬里材料相同。

3）高压除焦水泵
根据焦化装置焦炭塔的直径不同，高压除焦水泵流量和压力也不同，除焦水泵设计参数约为300m³/h，扬程可达3300m。

根据工艺操作的需要，除焦水泵间断运行，频繁启动，同时由于出口压力高，要求有较高的可靠性。

除焦水泵的结构属于API610标准的BB5型，双壳体筒型泵，内壳体为垂直剖分结构，叶轮采用串联布置。

4）常底及减低泵：
工作温度340~390℃，流量在370~400 m3/h，扬程220m左右。

该泵泵吸入口压力低，
为负压，易汽蚀，选择API BB2型两级泵（首级叶轮必须双吸，次级单吸），优选4级转速。

考虑高温和腐蚀性，材料选择为C-6或A-8（含硫等腐蚀成分）。

5）闪底油泵：
工作温度230℃左右，流量在1100~1300m3/h，扬程220~240m左右。

闪底泵一般选择API BB2型泵，单级双吸叶轮基本可满足参数要求，选用四级转速泵。

一般配套电机功率在1000KW左右，推荐泵机组采用强制润滑。

考虑高温和腐蚀性，材料选择为C-6或A-8（含硫等腐蚀成分）。

三、乙烯装置用泵
1.乙烯工艺流程简介
乙烯是石油化学工业最重要的基础原料之一，它产出的多种石油化工基础原料可衍生出一系列极有价值的合成材料及有机原料等衍生物，可应用到国民经济的各个领域。

因此，乙烯生产产能是一个国家石油化工发展水平的标志，也是经济发展水平的标志之一。

许多国家都很重视乙烯工业的发展，目前美国是世界上最大的乙烯生产国，中东地区的乙烯产量增长的十分迅速，我国也非常重视乙烯工业的发展。

我国的乙烯工业起步于20世纪70年代，我国陆续从国外引进了十多套乙烯装置，其中先后在燕山、齐鲁、扬子、上海等地根据鲁姆斯（LUMMUS）工艺流程建成年产30万吨的乙烯装置成为我国乙烯的骨干企业。

经过多年的发展，特别是2000年以来，国内大部分乙烯装置均完成了新一轮的改扩建，赛科90万吨/年、扬巴60万吨/年、中海壳牌80万吨/年等一批较大规模的乙烯装置相继建成投产，同时尚有独山子、兰州、华锦、天津、镇海、茂名、四川、抚顺、大庆等一批较大规模的已建成或在建乙烯装置，这些乙烯装置为我国的乙烯工业发展奠定了基础。

乙烯装置在整个乙烯工业中占有非常重要的位置，乙烯装置所有的原料主要来自以下几个方面：一是天然气，它的主要成分是甲烷、乙烷、丙烷等烷烃和少量二氧化碳、氮气、硫化氢等非烃成分，以下简称“NGL”,约占40%；二是石脑油，约占全部裂解原料的一半；余下的约10%为柴油、炼厂气、煤制油所得馏分等。

乙烯装置的产品乙烯、丙烯、混合碳四、裂解汽油、裂解燃料油等是下游聚乙烯装置、聚丙烯装置、丁二烯抽提装置、汽油加氢装置等各种重要石油化工装置的原料。

乙烯工艺专利技术较多，但总结起来有以下三种典型工艺流程：
1）顺序分离流程（主要代表是美国ABB LUMMS公司），所谓顺序分离流程就是对裂解产生的从C1～C18以上的各项馏分，按照从轻到重的顺序逐一分离利用，产出乙烯、丙烯、
C4和裂解汽油等石油化工原料，图3-5给出了顺序流程的典型工艺流程框图。

2）前脱乙烷前加氢流程（主要代表是德国LINDE公司和美国KBR公司），前脱乙烷前加氢流程的炉区和急冷区与顺序流程基本相同，所不同的是，前脱乙烷流程是裂解气经五段压缩后，先把比C2轻的馏分和比C3重的馏分分开，然后再分别进行分离，依次产出甲烷、氢、乙烯、丙烯、等石油化工原料。

脱炔一般前加氢，所以此法又称前脱乙烷前加氢工艺。

图3-6给出了前脱乙烷前加氢典型工艺流程框图。

3）前脱丙烷前加氢流程（主要代表是美国S&W公司和美国KBR公司），前脱丙烷前加氢
流程的炉区和急冷区与上述两个工艺基本相同，不同的是，裂解气经裂解器压缩机四段压缩后，先把比C3轻的馏分和比C4重的馏分分开，使比C4重的馏分不再进入裂解气压缩机的高压段和精馏分离系统，然后再从比C3轻的组分中依次分出甲烷、氢、乙烯、丙烯等产品。

脱炔一般前加氢，所以此法又称前脱丙烷前加氢工艺。

图3-7给出了前脱丙烷前加氢典型工艺流程框图。

这三种工艺流程大同小异，只是对技术强调的侧重点有所不同，提供的技术也各有特点。

在同样的设计基础上，他们所能达到的产品收率、清焦周期、能耗指标和投资额之间取得均衡。

2.装置用泵概要
虽然各专利商在分离顺序上有差异，但乙稀工艺流程中泵的基本型式大同小异。

结合目前我国乙烯工业的实际状况及发展趋势，本节以前脱丙烷前加氢工艺流程百万吨级乙烯装置（含汽油加氢单元）的用泵情况为例，讨论乙烯装置工业泵情况，详见乙烯装置部分关键泵一览表（表3-2）
表3-2 乙烯装置部分关键泵一览表
注：A.筒袋泵材质A-7不锈钢可以用S-6LCB代替。

3.关键泵
1)立式筒袋泵
乙烯装置中裂解气的分离绝大部分采用的是深冷分离
法。

通常，在一定压力下，碳三以上组分可在常温下分离，
碳二组分需要在-30~40℃的温度条件下进行分离，甲烷及氢
的组分则需要在-90℃以下的低温中才能分离出来。

为此，
需要低温泵进行循环或加压。

此外乙烯作为中间产品，在储
运时，通常是低温状态的，最低可达-140℃以下。

该介质的
装车、储运、卸车等往往也使用低温泵。

低温泵在乙烯冷区
中，属于关键设备，其工况条件也比较苛刻：介质温度低、
扬程较高装置汽蚀余量很小、泵进出口压力高等。

这类泵通
常都需要选用立式筒袋泵。

乙烯装置中该类型的泵有乙烯冷
剂排放泵、丙烯冷剂回收泵、乙烷循环泵、乙烯产品泵等。

立式筒袋泵的结构详见图3-8。

（1）工况特点和选型要求
①吸入压力高：无论乙烯、丙烯，在常温下均是气态，为保证其处于液态，泵的吸入压力较高。

因此，泵应能承受高压力，而且泵的轴封结构也应适于密封高压介质。

②扬程较高丙烯冷剂回收泵扬程高达400m。

③介质温度低：介质温度在-30℃以下。

普通碳钢材料在低温下易发生冷脆，所以在石油化工工业，低温泵承受动载荷的零件多选用奥氏体不锈钢，仅承受静载荷的零件可根据材料的使用温度限制，选用低温碳钢或奥氏体不锈钢。

另外由于介质温度与环境温度相差很大泵会承受较大的温度应力，应选择消除这种应力的结构。

④装置汽蚀余量低：这些泵的介质直接来自储罐或分馏塔底，而在储罐和分馏塔中，液面上的压力是饱和蒸汽压，装置汽蚀余量很低。

⑤介质易汽化、黏度小：在入口处，介质已接近饱和状态，极易汽化。

如果泵外热量传入使部分介质汽化，将恶化泵的运行，所以泵应有适当的保冷措施。

此外，机械密封面处介质的汽化会引起密封面干摩擦，汽化吸热还可能使密封面处冲洗水结冰，从而导致密封很快失效。

而且乙烯、丙烯、甲烷塔釜液都属于烃类介质，动力黏度只有水的几分之一，自润滑性差，这对轴封也是很不利的。

这些介质都是易燃易爆物质，泄露是很危险的，所以对泵的轴封要求很高。

⑥介质易燃易爆，渗透性强：介质常压下为气态，容易汽化，易燃易爆性很高。

通常情
况下，介质的相对密度都小于0.7，比普通气体如氧气、氮气的渗透性强得多。

因此低温泵无论是静密封还是动密封绝不允许有任何渗漏。

（2）结构特点
①采用立式结构：乙烯装置中的低温泵的基本结构型式为立式、双层壳体多级筒袋泵。

首先，筒袋泵的立式结构使其适合于装置汽蚀余量低的场合。

其第一级叶轮处在最低的位置，第一级叶轮基准面与泵吸入口中心线间的位能差成为首级叶轮的液体灌注头，这大大增加了泵在第一级叶轮吸入口处的有效汽蚀余量NPSHa，从而能满足抗汽蚀的要求。

其次，改善了机械密封的使用情况。

对卧式泵，输送低温介质时，处于冷态下的机械密封难以确保密封性能，并且介质中的不溶性气体（如氢气）或局部汽化的气态介质难以排除，而立式结构时，机械密封可以距离冷态介质远一些，排气也方便，提高了密封的性能。

再次，卧式泵的保温较为困难，并且暴露在空气中，会有大量的结冰。

而立式结构的低温部分埋入地下，使得泵体外部保冷措施简单易行，且不易受到环境温度、日照等的影响。

②采用双层壳体：筒体和内壳组成双层壳体，比较适合介质温度与环境温度相差较大的场合。

泵的内壳完全浸没在液体中，壁温均匀。

外筒只承受泵的吸入压力，强度要求相对较低，筒壁较薄，内外有较大的温差时，温差应力较小。

而且泵的内壳悬吊在筒体中，筒体又悬吊在较深的机井中，不仅能在介质温度变化时自由膨胀，而且能够很好地隔绝外部温度的变化，所以这种结构极适用于输送低温介质。

③轴封：采用机械密封，要求如下：
a.端面形式：低温介质的轴封早期都是使用双端面机械密封。

随着密封技术的发展，单端面和串联式机械密封有逐步替代之趋势。

但是由于人们环保的意识越来越强，加之低温泵的介质均为易燃易爆的烃类介质，因此一般均使用双端面或串联式机械密封。

b.采用内装平衡型：由于密封压力高，介质黏度小，自润滑性差，所以不管采用何种端面形式，都必须使用内装平衡型机械密封，以便降低密封面比压，增加寿命。

c.冲洗：为了防止密封面上介质汽化，并带走摩擦热，串联式机械密封需要从泵排出段接入高压介质进行自冲洗。

d.安全措施：机械密封的大气侧均设有节流衬套。

对于单端面密封，在衬套前通入氮气起安全保护和防泄漏作用。

双端面机械密封和串联型机械密封则在两个机械密封之间通入密封液。

这些密封液来自一密封的储罐，他对机械密封进行冷却并为大气侧密封提供润滑。

在储罐上设有压力开关或压力变送器，一旦介质侧密封失效，将导致两密封面之间腔内压力升高，仪器测出后会发出报警。

e.材料：机械密封的摩擦副要选择较好材料，通常都使用碳石墨和整体成形硬质合金如碳化硅、碳化钨组队。

静密封材料主要是丁腈橡胶和玻璃纤维填充聚四氟乙烯，丁腈橡胶只能用到-40℃，故一般只能用在不与介质接触的次要辅助密封面上。

玻纤填充聚四氟乙烯，既耐低温又耐溶剂腐蚀，但有相当的刚性和冷流性，所以不制成O形圈，均制成V形环，用于与介质直接接触的主要密封面上。

④采用加长型可调联轴器：立式筒袋泵与电机的连接一般采用加长型可调联轴器，可以不拆电机就对机械密封进行维修。

⑤使用耐磨密封环：由于轻烃的密度、黏度均小，容易泄漏。

为了减少级间泄漏，提高容积率，应使用耐磨密封环，材料为硬面处理的奥氏体不锈钢。

⑥叶轮形式：筒袋泵主要使用混流叶轮和径流叶轮。

径流叶轮单级扬程高，流量小，耐汽蚀性好，泵外形粗短。

混流叶轮则单级扬程低，流量大，效率高，泵外形细长。

为提高泵的汽蚀性能，两者首级叶轮均为耐汽蚀型。

如果使用该种首级叶轮后，NPSHr依然较大，泵轴太长，可考虑首级叶轮采用双吸式。

⑦轴向力平衡方式：轴向力平衡方法详见表3-4平衡鼓或平衡孔加泵、电机联合轴承虽然对效率有影响，但结构简单，对轴承要求也不高，是比较常用的做法。

（3）国内外部分立式筒袋泵产品情况
目前国内所用到的乙烯低温泵结构基本上可以划分为三类，第一类是以瑞士苏尔寿公司TTMC系列产品为代表的立式多级筒袋泵，该泵最主要的是采用了刚性轴并增加平衡鼓来平衡部分轴向力，运行较为平稳可靠。

适用于-50℃以上的介质输送。

第二类是以瑞士苏尔寿公司的VCR系列产品、Flow Serve公司的WUC、L系列产品、美国GOULDS （古尔兹）公司的VIC系列产品等为代表的立式多级筒袋泵，这些产品的主要特点是采用了挠性轴并且采用了逐级固定的空间导叶式壳体，机械密封部位也采取了特殊措施，能满足乙烯装置及其他石化装置低温介质的输送要求。

第三类是国内部分厂家，以大连耐酸泵厂的DLA\DLB系列产品最具有代表性。

国内的DL系列性能范围比较窄，大连耐酸泵厂/大连苏尔寿（SULZER）引进的TTMC系列泵，性能范围较宽，基本能满足国内的使用要求。

2）急冷油循环泵
一般每套装置配置五台，三台电动机驱动，二台汽轮机驱动。

其工艺作用是将汽油分馏塔的釜液（180℃）用泵打到燃料油汽提塔，或经稀释蒸汽发生器、工艺水预热器返回汽油分馏塔中部折流板段，输送介质含固体颗粒，该泵由属于BB2泵，工况的特点主要是流量大、扬程高、功率大和耐磨材料，目前该泵尚未实现国产化。

3）急冷水循环泵
一般每套装置配置四台，二开二备，常开二台为汽轮机驱动，另二台为电动机驱动。

其工艺作用是将急冷水塔釜底热水（85℃左右）抽出，经冷却器冷却到41～55℃后，再用泵打回急冷塔。

4）盘油泵、乙烯分离器回流泵、丙烯分馏器回流泵、丙烯塔回流泵：这四种泵一般流量较大，1500~2500m3/h之间，扬程100~120m。

.
.。