浅谈加氢裂化装置液力透平长周期运行措施

周健

（中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司，辽宁 葫芦岛 125001）

1 前言

150 万吨/年蜡油加氢裂化装置于2014 年12 月建成投产，操作温度为260℃，操作压力为15.5MPa。为充分回收利用热高压分离器V103 到热低压分离器V104反应产物产生的压力能，大幅降低装置能耗，加氢进料泵组采用了由电机和液力透平共同驱动的方式。通过充分调研其他炼厂同类设备的使用情况，加氢裂化装置反应进料泵和液力透平泵组(P-102A、HT-101)选用日本荏原公司的产品。根据产品结构调整，目前液力透平能够回收电能约为额定功率的30%～40%，节能效果比较显著。但在运行初期，由于对此设备的特性了解不够充分，操作不够稳定，导致设备故障率较高。通过对液力透平出现的各类故障进行统计分析，认真查找原因，同时调研其他同类装置的设备运行情况，制定合理对策，采取切实有效的措施，保证液力透平能够长周期平稳运行，达到装置节能降耗的目的。

2 基本工作原理、工艺流程、使用特点

2.1 基本工作原理

加氢裂化装置液力透平是以反映流出物作为介质，反映流出物进入液力透平，做功后从设备排出。此设备最重要的转动部件是叶轮，多级叶轮安装在主轴上，叶片沿圆周均匀分布，高压液体带动叶轮高速旋转，将介质的所具有压力能转变为叶轮的动能，从而驱动设备快速旋转，进而带动电机旋转，大幅降低电机功率，起到降低装置电耗的作用。

2.2 工艺流程

由图1 所示，原料油经过加氢进料泵加压，进入反应进料加热炉升温，再经过反应器反应，生成高温高压的反应流出物，进入热高压分离器，气液分离后，高压液体进入液力透平，为液力透平转动提供能量，低压液体回到热低压分离器。热高压分离器的液位稳定，保证液力透平的长周期运行的重要因素，热高分液位控制由A 阀、B 阀、C 阀共同组成三阀组，通过三阀组的串级调节，共同调节热高压分离器的液位。

图1 工艺流程图

2.3 使用特点

加氢裂化装置的加氢进料泵由电机和液力透平共同驱动，液力透平的额定功率为640kW，电机的额定功率为2650kW。加氢进料泵和液力透平分别布置在电机两端，排列布局为：泵-变速箱-电机-超速离合器-液力透平。液力透平和电机之间设有超速离合器，具有联接和脱开电机的功能，同时，在SIS 系统设置超速保护联锁，避免因液力透平发生超速而损坏设备，起到保护设备的作用。

2.4 反应进料泵-液力透平泵组主要技术参数

投运液力透平所带来的经济效益是非常可观的，这主要取决于液力透平的流量、进出口的压差及介质性质等技术参数。反应进料泵-液力透平泵组主要技术参数见表1 所示。

表1 反应进料泵-液力透平泵组主要技术参数

表2

以泵出口230t/h 为标准（约70%装置负荷），对比P102A+HT101 与P102B（备泵）一天的耗电量。

通过上表可知，在装置70%负荷时，P102A+HT101泵组每运行一天，较P102B 泵组可节约电费约1 万元，因此，液力透平的长周期运行蕴藏着很大的经济效益。

3 液力透平运行故障分析

3.1 操作失误

从加氢裂化2014 年年底建成以来，曾发生过一次是由于操作失误造成密封泄漏。2018 年10 月3 日，试运冲洗油泵后，冲洗油充满了液力透平和相关管线，透平入口蒸汽伴热线投用并且预热线手阀未关闭，导致存留油品受热“胀线”，最终密封腔内介质压力超过密封设计值导致静环碎裂；调研国内同类装置，得知齐鲁石化2016 年曾发生过类似情况，当时液力透平刚刚检修完毕，使用冲洗油罐泵，但由于冲洗油压控阀调节失误，导致高压冲洗油瞬间注入，O 型圈被推出定位槽，造成了密封泄漏。

3.2 大气侧密封隔离液变质、结焦

隔离液指密封冲洗方案大气侧的缓冲介质，目的是保持密封面洁净、低温，避免磨损和各类发热造成的损伤。更重要的是，当密封面失效时，不易燃的隔离液能够将泄漏的高危介质推向泵内，避免火灾爆炸等严重事故发生。透平机械密封冲洗方案采用了PLAN53B 方案，查看液力透平近年的检修记录，2014 年和2021 年，两次因隔离液结焦造成密封泄漏。隔离液变质结焦后，焦粉会聚集在机械密封动环的波纹管处，当焦粉填满波纹间隙后，会使波纹管失去弹性，致使动环失去补偿作用，从而导致机械密封失效。

3.3 冲洗油供应不稳定

加氢裂化装置液力透平经常采用PLAN32 作为介质侧密封的冲洗方案，该方案需要外接洁净的冲洗油对密封面进行冲洗和冷却，目前行业内多采用加氢裂化装置自产柴油并通过设置冲洗油泵的方法供应冲洗油。当冲洗油供应不足或中断时，都会造成介质侧密封端面失去冲洗和冷却，极易造成密封端面过热失效，造成密封泄漏。

加氢裂化装置液力透平密封冲油站有2 台油泵互为备用，压力低于2.83MPa 时自动启动备用泵保证冲洗油连续供应。原设计冲洗油泵为螺杆泵，2017 年6 月首次对液力透平进行调试时，发现螺杆泵在输送低流量高扬程的柴油时，泵体发热严重，运行30min 即超过60℃，运行至4h 后泵自停，拆解发现螺杆已咬死。故障泵经过返厂维修后，于2017 年10 月再次试运，仍发生相同的故障。另外还发现，在试运中泵出口压力、流量均处于波动、下降趋势。

4 液力透平优化实施对策

4.1 优化液力透平投用操作卡

优化原液力透平投用操作卡，细化操作步骤，减少不必要的操作，保证操作简单方便。同时，加强员工培训，保证员工能够熟练掌握操作要点。此后，液力透平再没有因操作失误造成密封失效的故障。

4.2 改善冷却水质

2020 年，大修期间，对装置机泵冷却水进行了改造，由循环水改为除盐水，目的就是解决液力透平等热油泵冷却器结垢的问题。通过查阅近2 年的巡检记录，发现液力透平机械密封冷却器进出口温度，冷却水套上水、回水温度均没有明显变化，说明改用除盐水后冷却器能够长期保持较好的效果。

4.3 增加PLAN62 氮气供应量

根据与设计沟通和同类型装置的调研结果反馈，确认将氮气压力由原设计的0.03MPa 提升至0.1MPa，确保了顺轴套正常泄漏的隔离液能够与空气隔绝，同时适当增加氮气压力也能起到一定的冷却效果，减缓隔离液结焦。从2021 年5 月至今，经过两年多的实践发现：运行3 ～5 个月后，正常泄漏的隔离液已经不再是深棕色了，变为了淡黄色，说明隔离液结焦减缓了。每天进行密封端面的红外测温，发现温度一直保持稳定，说明散热一直良好。

4.4 缩短隔离液检查及置换周期

2021 年5 月开始，每三个月对加氢进料泵和液力透平的机械密封隔离液进行置换。经过两年多的实施，目前每次置换出排出的隔离液不再成深棕色，也没有明显的油气味。说明目前三个月的置换更换隔离液的方法是有效的，能够改善并提高机械密封的运行状况。

4.5 重新选型冲洗油泵

在调研国内同类装置液力透平故障记录时，发现云南石化冲洗油泵原设计为螺杆泵，螺杆经常磨损，故障率高，后期更换了齿轮泵。广东石化冲洗油泵原设计同样是螺杆泵，在试运过程中同样出现出口压力不稳等现象，已重新选型进行改造。

经过深度调研和分析，我们最终选择了旋壳泵作为液力透平的冲洗油泵，2018 年10 月安装完毕并投入使用。经过4 年多的使用，目前的旋壳泵运行良好，出口压力长期稳定在2.9MPa 以上，两台泵自投用以来没有出现过故障维修记录，为液力透平长周期运行提供了保障。

5 结语

（1）随着石油行业竞争日益加剧，降低装置能耗，提质增效的需求日益加大，这要求作为加氢裂化装置的重要节能设备，液力透平必须安稳长满优运行；（2）反应进料泵-液力透平泵组是整套引进的进口设备，在运行中暴露出的问题通过仔细查找原因，认真分析，找到了问题所在，通过生产实践，证明上述实施对策是成功有效的。