刘炎冰
中国石化仪征化纤有限责任公司PTA部 江苏省 211900
摘要：在PTA装置中汽提塔循环泵为溶剂汽提单元物料循环提供动力，是PTA装置氧化母液处理系统中的重要设备之一。本文通过对进口离心泵运行工况及性能方面进行分析，找出缺陷产生的主要原因。针对分析结果对离心泵水力部件进行结构优化和材质升级。经实际运行结果表明，汽提塔循环泵改进后能够提高泵的效率和延长泵的使用寿命。
关键词：PTA；汽提塔循环泵；叶轮；腐蚀
1工艺流程与设备基本情况
1.1PTA装置氧化母液回收单元工艺流程
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氧化母液溶剂回收单元是氧化单元的重要组成部分，主要有溶剂汽提塔、汽提塔循环泵、汽提塔再沸器等设备。溶剂汽提塔将大部分醋酸/水溶剂作为蒸汽从非挥发组分中去除。蒸发用热源由中压蒸汽通过汽提塔再沸器提供，并用汽提循环泵维持来自溶剂汽提塔的浆料在汽提塔再沸器之间循环。另一小股来自溶剂汽提塔的残渣被送入残渣蒸发器。
1.2汽提塔循环泵基本参数
（1）汽提塔循环泵为单级单吸式离心泵，泵的性能参数为：
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（4）汽提塔循环泵运行情况：
汽提塔循环泵输送的介质为较为粘稠且含有15%（w/w）固体的母液残液。同时，PX氧化反应是以醋酸为溶剂，氢溴酸为促进剂（氢溴酸以离子溴的形态存在），因此系统酸性腐蚀较严重。
1.3汽提塔循环泵在运行中存在问题：
(1)循环泵运行时，在泵出口管道测量的压力未能达到设定值；
(2)泵出口阀不能全开，开度在2/3左右，开度增大时泵与管道出现剧烈振动；
(3)循环泵运行时，实际功率偏离设计功率，过大扭矩造成泵轴头的开裂；
(4)循环泵运行一段时间后叶轮与泵体腐蚀加剧，性能大幅下降，远低于设计效率。
2.故障原因分析及对策
2.1特性分析
2.1.1汽提塔循环泵在运行时的问题反映了泵与系统工况的不匹配
（1）泵按照设计参数选型，原进口泵提供的试验性能参数是以清水为介质，在PTA装置中汽提塔循环泵抽送的母液粘度较大，泵的外特性能存在差异；
（2）系统要求流量为960 m3/h，使泵在偏离设计的大流量工况点运行，效率较低；
（3）介质粘性大导致轴功率增加，扭矩过大，产生剧烈振动，只能依靠控制阀门开度减小流量。
2.1.2解决方案：联合泵厂家及研究机构，对叶轮和蜗壳水力进行重新设计
（1）根据现场实际，优化设计参数，确保泵的运行工况点接近设计工况点，保证高效。
（2）泵运行中的水力损失，保证泵对系统的增压能力，适当加大叶轮外径。
（3）改进水力设计，优化水力参数，进口边伸长并修薄，少量加正冲角，提高汽蚀性能和效率。
2.2腐蚀冲刷问题与改造
2.2.1腐蚀冲刷情况
（1）系统运行环境为以醋酸和氢溴酸为主的酸性环境，酸性腐蚀较严重。
（2）为降低醋酸物耗，通过调整汽提塔气相流量，导致塔内温度上升，系统运行稳定性逐步提高。但温度的提升加快了系统介质及残渣对设备及管线的腐蚀，汽提塔底泵相比其他设备温度较高，腐蚀较为严重。
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对策
（1）对叶轮、泵轴、泵体和泵盖进行材质升级，确定了叶轮和泵轴选用C-276，泵体和泵盖选用ZTC4。
（2）叶轮仍采用半开式叶轮、去除部分后盖板型式。减小一部分轴向力的同时可以使转子运行更加稳定。
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模型图
（3）采用了3D石墨模具铸造和热等静压消除缺陷处理，泵壳内表面喷涂耐磨涂层。
强度问题与改进
2.3强度问题与改进
2.3.1轴强度分析
（1）原泵在偏离设计的大流量非高效区运行，效率偏低，泵所需轴功率增大，传递扭矩也相应增大。
（2）键槽内受力不均匀，在键槽底部容易出现应力集中，表现为轴的开裂。利用有限元网格划分，应用Dirichle和Meumann边界条件,产生应力水平线，来说明应力集中情况。
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（a）键槽损坏情况 （b）边角应力集中情况
平键配合时应力最大位置出现在键槽的底部，最大径向应力S11max=345MPa，最大环向应力S22max=472MPa。
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（a）计算示意图 （b）最大应力等值线图
3、改进效果
3.1运行效果
（1）由于叶轮型式的调整，减少了轴向力和旋涡损失，效率整体均有提升，轴功率也减小，设计流量的效率达到η=67.45 %，轴功率Pc=288 kW，高效区平坦范围宽，适合系统多工况的调节。
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优化后泵的性能曲线
（2）在PTA装置的实际运行中，在加大泵流量参数设计后，泵与系统管道等运行更为匹配，运行工况点与设计工况点Q=960 m3/h基本重合，在提供足够增压的条件下轴功率减小，机组高效平稳地运行。
（3）对叶轮、泵体和泵盖等主要过流部件进行材质升级以及冲刷的减少，改进后运行半年拆解检查，各部件未发现明显的腐蚀磨损痕迹。
（4）运行点效率提高，轴功率的减少的应用也很见成效，轴头部位运行至今也未见明显损坏。
4结论
（1）新改造泵的流量扬程等外特性参数满足装置流程的要求，并运行在高效工况点，提高经济性的同时，轴功率的减少也增强了运行的稳定性。
（2）泵体结构使原泵耐磨板调节困难，冲刷及腐蚀加快汽提塔底泵的失效，设备结构设计与零件选材结合实际使用情况改进，对设备的使用寿命和装置的运行周期有很大意义。
（3）理论结合实际，全面有效地分析、解决了该汽提塔底泵运行存在的问题，为同类工况离心泵的设计、制造和检修提供了经验。