大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司 内蒙古赤峰 025350
摘要：除氧站装置是煤制天然气的重要装置之一，其主要作用是平衡全厂用水，为系统各装置提供不同压力的合格除氧水。多级离心泵P03泵是除氧站装置的中压锅炉给水泵，也是核心设备，P03泵的运行状况将影响整个装置、甚至全系统的稳定运行。本文从设备及工艺的角度分析P03泵运行中存在的问题，针对中压锅炉给水泵运行长期超压，故障率高，外送锅炉水溶氧超标等实际问题，对中压锅炉给水泵进行摘叶轮技改优化，改造后的中压锅炉给水泵运行效率显著提高、运行成本大幅降低。
关键词：除氧站、P03泵、中压锅炉给水泵、技改
前言
多级离心泵是化工厂最主要的运转设备之一，采用了国家推荐使用的高效节能水力模型，具有运行平稳、工作效率高、性能范围广、低噪音，安装检维修方便等优点。但多级离心泵的工作效率不仅是依靠其本身的设计和制造，也需要有一个与之相匹配的管路。若管路不匹配，总是利用离心泵的出口阀和回流阀来调节运行情况，存在出口压力大、能耗高等问题。所以做好多级离心泵的运行情况分析，抓好其节能技改，将会为企业创造很大的经济效益。
本文以除氧站装置中压锅炉给水泵P03泵为例，讨论了多级离心泵在运行中存在的各种实际问题，提出了技改方案，并分析了机泵技改的生产与经济效益，将为多级离心泵的技改提供一定经验。
1 除氧站装置工艺简介
1.1 工艺流程
由变换预热器来脱盐水（1.6MPa、93.8℃）、甲烷化预热器来脱盐水（1.6MPa、70℃）、凝结水处理站加热来脱盐水（1.0MPa、100℃），进入低压旋膜除氧器。在低压旋膜除氧器中的水，由外管来的低压蒸汽（0.5MPa、158℃）进行加热，脱除水中氧气及其他气体。经过除氧的水分别由变换预热给水泵送至外管供气化装置等低压废热锅炉及经变换预热器后送至动力分厂高压除氧器、由硫回收低压锅炉给水泵送至外管供硫回收装置低压废热锅炉、由中压锅炉给水泵送至外管供甲烷化装置中压废热锅炉等装置[1]。流程图如图1所示。
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图1 除氧站装置流程图
为了调整外供锅炉给水PH（9～9.5），设有一套加氨装置将8%浓度的氨水，通过变换预热给水泵加压后，送至除氧器下水管道。为了保证除氧效率（氧含量≤15μg/L），还设有联氨加药装置，将联氨通过硫回收低压锅炉给水泵回流管线送入除氧器内参与除氧。
1.2 工艺原理
1.2.1物理除氧[2]
用热力除氧原理，即把压力稳定的蒸汽通入除氧站加热给水，在加热过程中，水面上水蒸气的分压力逐渐增加，其它气体的分压力逐渐降低，水中的气体就不断的分离析出，当水被加热到除氧器压力下的饱和温度时，水面上的空间全部破水蒸汽充满，各种气体的分压力趋于零，水中的氧气即被除去。
1.2.2化学除氧
联氨与氧的反应式为：NH4十O2→N2 十2H2O
当物理除氧不能满足除氧要求时，通过加入化学物质，增加除氧效果。
2 P03泵运行情况分析
2.1 中压锅炉给水泵运行方式
除氧站装置一期分两个单元，每单元设有两台中压锅炉给水泵共四台分别是P03A/B/C/D，为四级离心泵，与低压锅水泵串联将低压锅水泵出口压力2.4MPa的低压锅炉给水加压至7.4MPa，送往界区外，作为各装置废锅中压锅炉给水，另外每单元还设有一台开车中压锅炉给水泵P05A/B，为九级离心泵，是将除氧水由0.1MPa直接加压至7.4MPa，供各装置开停车用中压锅炉给水。
2.2 设备参数
P03泵P05泵均为隔爆型三相异步电动机，由佳木斯电机股份有限公司制造。具体参数如下：
表1 中压锅炉给水泵的各项参数
2.3 P03泵运行中存在问题及对策分析
中压锅炉给水泵为各界区装置提供中压锅炉给水，原设计为装置开、停车时，中锅水用量较少，根据负荷启用一台或两台开车中压锅炉给水泵P05泵，装置满负荷运行时每单元运行一台中压锅炉给水泵P03泵，两台中压锅炉给水泵一用一备。
但实际运行过程中，系统很少满负荷运行，为满足中锅水供应需求，系统低负荷运行时，运行一台P03泵和两台P05泵，当系统负荷达到60%时，供水量不足需运行两台中压锅炉给水泵P03泵，系统60%~90%负荷运行时，存在运行两台P03泵中锅水供应过量问题。只能通过关小泵出口阀或开大回流阀控制中锅水量。
2.3.1 P03泵出口超压
关小泵的出口阀会导致泵出口超压，如果机泵长期憋压运行，存在很大安全隐患，一是，出口法兰和管道会因长时间高压冲击而损坏；二是，P03泵属于卧式四级离心泵，采用冷却水冷却，每级间缝隙会因高压发生漏水；三是，输送介质会因在泵体内停留时间过长而发热，温度升高会引起汽蚀现象，使叶轮、泵体使用寿命缩短，严重时引起泵体震动，损坏机泵[3]；四是，泵效率降低，造成能源浪费。
由于泵体超压运行，在停泵时为避免机泵过载不能将出口阀全关，离心泵停泵时若不能将出口阀关闭而先断电，一旦出口单向阀不起作用，出口高压介质会急速回流，造成机泵的倒转，损坏叶轮，损坏密封环。
2.3.2 外送除氧水溶氧超标
为防止P03泵出口超压且满足工艺用水需求，在出口阀关闭到一定程度后会选择通过开大回流阀来减少中压锅炉给水水外送量。开P03泵回流阀会使压力7.4MPa的中压锅炉给水进入除氧器，高压水进入除氧器后会破坏容器内原有的气液平衡状态。根据道尔顿定律，混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和，当水达到饱和温度时，水蒸汽的压力就接近水面上的全压力，这样其余气体的溶解度为零。除氧器温度很难达到中压锅炉给水压力的饱和温度，因此，除氧器的物理除氧效果会降低，为满足除氧要求，需增加联氨用量，通过化学除氧方法保证外送水溶氧合格。联氨用量增加会增大运行成本。
由于系统负荷波动，各界区装置用水量也会频繁波动，为控制中锅水管网压力稳定，需现场操作人员需配合不断调节泵出口阀和回流阀控制中锅水量，浪费了大量人力。
3中压锅炉给水泵P03泵的技改
除氧站中压锅炉给水泵P03泵在使用过程中，由于泵出口压力高，一直采用出口阀和回流阀控制，存在很大安全隐患，对系统稳定运行造成了一定的影响。公司技术人员与机泵生产厂家根据中压锅炉给水泵P03泵的设备结构、工艺运行参数，经过理论分析计算，现场实际实验等综合评估，在确保泵的性能够满足工艺要求的情况下，对P03泵进行了技改优化[4]。
该泵型号为DG200-150×4，设计扬程为560米，串联低压锅炉给水泵扬程为220米，出现离心泵的扬程大于实际所需扬程的现象，离心泵设计与实际工况相互不符，导致离心泵出口长期超压，工作效率大大下降并且能源耗费严重[5]。根据实际需求将四级离心泵P03泵的第三级叶轮摘除，降低泵的扬程，使其与管路相匹配，能够有效缓解这一问题，达到节约能源的目的。具体方案如下：（1）水泵制造厂家生产1件套该泵的叶轮定位套。（2）水泵制造厂家派技术人员到现场，协助公司检修人员摘除该泵的第三级叶轮并使用定位套代替。（3）更换泵体平衡盘。（4）对轴做动平衡试验（5）水泵回装后试验。
4.技改效果
中压锅炉给水泵P03泵于2019年8月技改完成并投入使用，拆除一级叶轮后的三级离心泵非常运行稳定，机械性能及工艺性能指标良好，改善了该泵多年来超压现象，不但泵效有所提高，而且节能降耗效果显著。机泵降级改造前后具体运行参数如表2所示：
表2 P03泵技改前后运行参数对比
4.1整体运行稳定可靠
改造后中压锅炉给水泵P03泵运行稳定可靠，泵体温度、振动值始终控制在设计指标内；出口压力、流量等工艺参数均能满足工艺使用要求；系统管件、法兰及密封件的损坏次数明显降低，延长了易损配件的检修周期；系统负荷波动时，流量自动调整较手动调整稳定性更好；不需要开回流调节流量，保证外送合格锅炉水。
4.2 节能降耗效果显著
1.P03泵降级技改后，电机功率明显降低
由表2可知机泵电流降低：38.5A－26A=12.5A；
按照年生产时长8000小时计算，每年可节约用电1541600度，按电单价0.3元/度计算，则改造后单台中压锅炉给水泵每年可节约电费46.2万元，两台泵运行可节约92.4万元/年。
2.P03泵降级技改后，检维修费用明显降低
根据设备统计数据，2016—2019年仅P03泵的检维修频率达48次，年平均维修频率高达16次，维护成本高达5.8万元，年均费用需1.93万元。改造后自2019年8月投入运行至今，运行一直很稳定，未进行过检修。
3.P03泵降级技改后，联氨用量明显降低
P03泵技改投入使用后，泵出口回流一直处于关闭状态，化学除氧用联氨量明显减少，平均每月节约0.5吨，按照年生产时长8000小时计算，
年可节省8.96万元。
因此，P03泵降级改造后，每年可节约成本92.4+1.93+8.96=103.29万元，此外还节约了大量人力，减轻了现场操作人员的工作负担。
5.结论
通过对除氧站中压锅炉给水泵P03泵进行摘叶轮技改，解决了原泵长期超压运行、外送除氧水溶氧超标的难题，降低生产装置运行成本和安全风险，提高了装置运行稳定性，效果非常显著。
从P03泵运行情况分析，多级离心泵若其扬程过大，存在很大的附余量，可以考虑通过减少叶轮级数降低扬程来进行技术改造，使离心泵的出口压力达到或略高于工艺所需压力就可，使其达到最佳运行状态，不仅可以保证泵的能效 还能降低能耗，为公司安全稳定生产提供最大的经济效益。
参考文献：
[1]大唐内蒙古克旗煤制天然气有限责任公司除氧站装置岗位操作法