大型乙烯裝備用急冷油和急冷水泵國產化必要性

李勝群 姚瀚

【摘要】隨著煉油行業的迅猛發展，以及化工行業對乙烯原料的大量需求，大型乙烯裝置的建設刻不容緩，打破國外對大型乙烯裝備技術的壟斷勢在必行。急冷油、水泵的國產化，對我國自主建設大型乙烯裝置具有重要意義。

【關鍵詞】乙烯裝置；急冷油泵；急冷水泵

1.研究的目的和意義

乙烯是石油化工行業的基礎原料之一，通過乙烯的聚合、氧化、鹵化（包括氧氯化）、烷基化、水合、羰基化、齊聚等反應，可以獲得多種重要的化工原料，百萬噸乙烯及配套項目每年可為社會提供乙烯等化工基礎原料320萬噸、高端合成樹脂和化纖150萬噸，對整個國民經濟發展起著至關重要的作用。但乙烯現有生產能力還遠不能滿足國民經濟發展的要求，仍需要進一步提高。100萬噸/年乙烯比50萬噸/年乙烯裝置可降低成本25%，比30萬噸/年乙烯裝置可降低成本40%。由此看來，800萬～1000萬噸/年煉油裝置和80萬～100萬噸/年乙烯裝置是今后石化工業的發展方向。作為石化業龍頭產品的乙烯，其產量大小是衡量一個國家石油和化工發展水平的重要標志。為了縮短與國外先進技術的差距，保證國民經濟和國家安全，國家出臺了相關政策，積極鼓勵企業自主創新，實現大型乙烯成套設備國產化。例如：《國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》中提出：以一批大型乙烯項目為國產化依托工程，通過引進關鍵技術消化吸收再創新和自主開發，實現百萬噸級大型乙烯成套設備國產化；《裝備制造業調整和振興規劃》中指出：以石化產業調整和振興規劃確定的工程為依托，以百萬噸級大型乙烯等重大裝備涉及的大型壓縮機、關鍵泵閥等為重點，推進石化裝備自主化。乙烯行業的快速發展，將推動配套重大技術裝備的發展。急冷油、水泵是乙烯裝置中的重要設備之一，由于多方面原因，長期依賴于進口。近年來，隨著國內泵行業的技術發展，制造水平明顯提高，這為急冷油、水泵的國產化提供了前提和保證。在發展過程中，國家對重大裝備的需求日益增多，這些設備不可能完全依賴進口，外國也不能全部提供給中國。乙烯裝置用泵的國產化既能減少項目投資，又對提高國內制造廠水平、振興民族工業具有重要意義。

2.國內外現狀

國外乙烯技術發展較早，長期以來一直處于領先地位，發展至今，技術日趨完善。而我國尚不具備100萬噸/年乙烯裝置用急冷油、水泵的制造業績。目前國內百萬噸乙烯裝置中急冷油、水泵機組一直采用進口設備，國內泵廠沒有研制使用的機會，近年來通過與設計院交流和對武漢乙烯、撫順石化急冷油、水泵的現場調研，對該泵的使用介質、運行條件參數、結構特點及機組配套等情況有了較為詳細的了解和掌握，具體情況如下：

2.1急冷水泵

性能參數：武漢乙烯：流量Q=2075m3/h，揚程H=116m，溫度83℃，配套功率P=900kW，轉速n=1480r/min。撫順乙烯：流量Q=3003m3/h，揚程H=131m，溫度118℃ 配套功率P=1450kW，轉速n=1488r/min。結構特點：泵結構為單級、雙吸、臥式、水平中開式，進出口法蘭水平布置，側進側出，軸封采用機械密封，軸承采用滾動軸承，甩油環式稀油潤滑。驅動方式：主泵為汽輪機加齒輪箱驅動、備泵為電機直聯。儀表控制系統：汽動泵透平帶聯鎖，電動泵組無聯鎖。

2.2急冷油泵

性能參數：流量Q=3500m3/h，揚程H=140m，配套功率P=1460kW，泵轉速n=1480r/min。結構特點：泵結構為單級、雙吸、臥式、水平中開式，進出口法蘭水平布置，側進側出，軸封采用填料密封，軸承采用滾動軸承，甩油環式稀油潤滑。驅動方式：主泵為汽輪機加齒輪箱驅動、備泵為電機直聯。儀表控制系統：汽動泵透平帶聯鎖，電動泵組無聯鎖。

3.項目的研發

3.1主要研制內容

單級雙吸泵水力模型有兩大系列，一是sh水泵系列，流量最大達到11000m3/h，比轉數從60到280，有十幾個模型，二是DSJH流程泵系列（美國進口），流量最大達到1700m3/h，揚程達300m，也有十幾個模型。單級雙吸水平中開式水泵是一個主要系列產品，針對百萬噸乙烯的參數，急冷油、水泵的水力設計主要是提高效率；結構設計和機組的成套設計的重點是泵的穩定性、安全性和可靠性。

3.2轉子系統的非線性振動響應和穩定性分析

開展轉子系統濕態臨界轉速、模態分析、基于Galerkin法和線性模態的轉子系統動力建模、水動力和溫度載荷作用下非線性彎曲振動同步響應求解、小幅變參數下受擾穩態同步響應的穩定性分析。多場（水動、溫度等）環境下，轉子系統在正常服役（設計工況及小擾動）時的穩態自激振動響應。建立泵機組軸系統和支承基礎耦聯系統動態仿真模型，研究以軸承作為關鍵連接體系的耦聯作用機理。

3.3泵的過流部件優化設計

利用CFD技術，采用數值試驗的方法，應用NREC或NUMECA設計程序，完成自泵進口到出口的包括子午流道和葉片通道在內的完整的通流設計及結構優化，使設計性能參數滿足技術規格書中的規定。

3.4泵結構設計

急冷油、水泵結構為單級、單吸兩端支承式，徑向剖分，進出口垂直向上，中心線支撐。泵組設計有符合API610標準的聯合底座，電動泵組電機與泵直聯，汽動泵組汽輪機、齒輪箱、泵置于聯合底座上。軸封采用機械密封，采用自沖洗（API PLAN21）。軸承采用徑向軸瓦，推力軸承采用滾動軸承。

3.5主要零件材料選用

根據急冷水泵的性能、強度、剛度等方面的要求，其主要零件材料選用符合API610中C-6材質。急冷油泵泵體、泵蓋和葉輪的材料采用鐵素體和馬氏體合金鑄鋼ZG08Cr12Ni4Mo1G。

4.經濟效益和應用前景

乙烯是石化工業的“龍頭”，以乙烯為原料，可繁衍一系列關聯密切的工業企業。萬噸煉油百萬噸乙烯每年可為社會提供清潔燃料617萬噸、化工產品295萬噸，部分產品是延伸石化產業鏈的基礎原料，可極大帶動周邊區域，形成精細化工、新型材料等石化下游產品產業集群。國內石化工業處于發展的黃金期，目前立項的乙烯項目很多，且裝置規模大都在百萬噸級。該項目的研制成功，標志著我國百萬噸乙烯急冷泵設計制造的零突破，實現了百萬噸乙烯急冷泵的國產化，打破了國外壟斷，為今后乙烯裝備的國產化奠定了基礎。

作者簡介

勝群（1989-），男，遼寧省沈陽市人，大學本科，助理工程師。

姚瀚（1988-），男，遼寧省錦州市人，大學本科，助理工程師。