喷射泵替代液环泵在某精细化工生产装置滤液回收单元中的应用效果评估

郭铁铸

中国石化催化剂北京奥达分公司 北京 101111

1 现有技术情况

某精细化工生产装置滤液回收单元采用减压蒸馏方式进行原料回收，装置真空系统包括液环真空泵、凝液分离罐、换热器，回收系统需抽负压的设备包括闪蒸釜和干燥釜。其中，闪蒸釜减压蒸馏的真空环境是由液环真空泵抽取气体所形成，抽出的气体和工作液经气液分离后，气体经放空管道排入挥发性有机物（VOCs）尾气处理装置，工作液由泵输送至换热器，冷凝后返回至液环真空泵壳体内循环使用。

真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备，广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。真空泵包括干式螺杆真空泵、液环泵、往复泵、滑阀泵、旋片泵、罗茨泵和扩散泵等，是各行业应用真空工艺过程中必不可少的主力泵种[1-3]。

闪蒸釜内的物料包括己烷、甲苯、酯类和四氯化钛等物质，真空系统采用水作为液环真空泵的工作液。目前生产运行中存在的问题是，在抽气、压缩和排气的循环过程中，四氯化钛与水分接触会产生氯化氢和二氧化钛，形成盐酸，对循环泵、换热器和液环真空泵的壳体等部件造成腐蚀和堵塞，设备维修频率较高[4]。为减少盐酸对设备及管线腐蚀，工作液中需加入一定的碱液，使工作液pH值保持在一定的范围内，为保证系统稳定运行，必须监测工作液的pH值并及时清除酸碱中和后产生的无机盐。液环真空泵虽然可以采用甲苯作为工作液，但甲苯属于易燃易爆化学品，充当工作液存在因泄漏引发的安全隐患[5-7]。此外，甲苯易和橡胶密封材料发生反应，导致橡胶变硬或变脆，失去密封性能，从而影响设备的使用效果。机械密封一旦因操作工况、腐蚀、机械磨损等原因导致失效，会对生产经营、安全环保造成影响[8]。

为解决腐蚀与泄漏造成的设备维修、以及酸性介质外漏后对周边设备设施的腐蚀、现场环境的影响等问题，并保证真空系统的稳定运行，引入喷射泵替代液环真空泵[9]。该喷射泵以甲苯为工作液，由喷嘴、吸入腔和扩压段三部分构成，其工作原理是高速流过喷嘴的甲苯形成高速射流，在喷嘴出口形成局部真空环境，与待抽真空的系统形成压差，将被抽流体引入吸入腔。与工作液甲苯混合后进入扩压段并排至中间罐。对喷射泵使用过程中形成的真空度、排气量、废液产生量和系统稳定性进行考察。

2 喷射泵在某化工生产装置中的应用

真空缓冲罐抽至所需真空的累计时间，真空缓冲罐的真空度通过泵旁路阀门的开度和流量来调控[10]。

同等工况下，工作液缓冲罐达到极限真空时所用的时间，能反映出抽气速率的快慢。根据表1数据可知，工作液未降温条件下，达到同样真空度所需时长约是降温条件的2.7倍。其原因在于，首先当冷凝器未通冷冻盐水时，会导致喷射泵系统工作液的冷却效果不佳，从而使得工作液温度过高，高温使得压力升高，从而达到极限真空的时间也会相应地变长。其次，冷凝器未通冷冻盐水，喷射泵系统工作液中挥发性成分会增加，更高的温度和压力会加速这种挥发性成分的释放，形成气体影响真空度，从而使喷射泵系统形成真空环境的有效时间减少[11]。综上所述，冷凝器未通冷冻盐水会导致喷射泵系统的工作液无法迅速进行冷却，导致实现极限真空所需的时间更长。

表1 冷凝器换热效率对喷射泵真空系统真空度的影响

喷射泵真空度的调控可通过工作液循环泵的泵流量调控，利用流量控制回路，使一定量的工作液在泵出口旁路至工作液中间罐间循环，将流量输入信号与真空缓冲罐的压力输出信号进行连锁，实现对喷射泵出口真空度的反馈控制。从表2数据可知，一定程度上调控泵循环流量，会使真空系统达到极限真空的时间延长，当泵流量继续下调至1/3V后，极限真空降低至-0.08MPa。

表2 泵循环流量对喷射泵真空系统真空度的影响

原工艺采用液环真空泵对闪蒸釜进行减压，为进一步对比喷射泵和液环真空泵在特定工况下使用情况，分别对工作液缓冲罐和闪蒸釜真空系统进行试验，数据列于表3。

表3 液环真空泵与喷射泵真空系统比较

从表3中可知，采用液环真空泵抽真空，其抽气速率比喷射泵慢，达到极限真空度-0.97MPa，液环真空泵需65min，喷射泵为20min，工作液缓冲罐的压力从-0.6～-0.97MPa，喷射泵的抽气效率的平均值约是液环真空泵的3倍。

从表4数据可知，闪蒸釜减压操作采用喷射泵和液环真空泵作为真空系统时，喷射泵工作液的温度对泵的抽气速率影响较大，当工作液循环管路上的冷凝器未通冷却盐水时，其达到指定真空所需时间几乎与液环真空泵持平；而当工作液循环管路上的冷凝器通冷却盐水时，喷射泵的效率是液环真空泵的2.3倍。

表4 液环真空泵与喷射泵真空系统比较

液环真空泵在使用过程中，工作液中会逐渐积累有机组分，需定期更换工作液，由此产生大量废有机溶剂。闪蒸釜内的物料含有四氯化钛组分，虽然在液环泵的工作液运行中考虑到防腐蚀的要求，保持一定的碱性，但在实际工作中因切换工作液不及时，监控不足等情况仍会出现泵体部件腐蚀损坏的情况。

为解决上述问题，避免液环真空泵使用过程中废有机溶剂和酸性工作液的产生，采用甲苯作为液环真空泵的工作液。试车时发现甲苯作为工作液，液环真空泵的进出口会形成较大的温差，工作液的工作温度较高，因闪蒸釜的操作温度通常在70～150℃，即使经过冷凝器换热，液环真空泵实际真空度和抽气量波动较大，不满足生产需要。经过工艺改造，降低液环真空泵转速后虽然使工作液温度降低，但对液环真空泵的抽气速率和维持泵内液环造成不利影响。而改用喷射泵后，具有较快的抽气速率，经过调试能够实现生产过程的稳定运行。

3 结论

某精细化工生产装置滤液回收单元的真空系统引入喷射泵替代液环真空泵，对改造前后喷射泵使用过程中形成的真空度、排气量、废液产生量和系统稳定性进行考察，得到以下结论：

（1）冷凝器的换热效率越高，能够缩短喷射泵真空系统达到极限真空度所需时间。

（2）喷射泵真空度的调控可通过工作液循环泵的泵流量调控，但当泵流量继续下调至1/3V后，极限真空降低至-0.08MPa，且会使真空系统达到极限真空的时间延长。

（3）对比喷射泵和液环真空泵在同等工况下的抽气效率，喷射泵抽气效率的平均值约是液环真空泵的3倍。

（4）当闪蒸釜减压操作时，对比喷射泵和液环真空泵可知，喷射泵工作液的温度对泵的抽气速率影响较大，当工作液循环管路上的冷凝器未通冷却盐水时，其抽气速率几乎与液环真空泵的抽气速率持平，冷凝器通冷却盐水时，喷射泵的抽气效率是液环真空泵的2.3倍。

（5）引入喷射泵替代液环泵真空泵，不仅使真空系统的稳定性得到有效提升，还有效解决了腐蚀与泄漏造成的设备维修、避免了酸性介质外漏后对环境的影响。