董 飚

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

柴油加氫改造壓縮機選型與泵機械密封沖洗方案選擇

董 飚

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

在柴油加氫精制裝置改造中，近期工況與遠期工況的處理量相差比較大。闡述了離心泵機械密封沖洗方案的選擇情況、新氫壓縮機的遠期改造方案，而循環(huán)氫壓縮機方案的選擇則兼顧了近期、遠期工況的改造方案與調整。壓縮機的選型既要考慮運行成本、選型的可行性，又要考慮下一步的改造成本等。

壓縮機 工況 選型 離心泵 機械密封 沖洗方案

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)原油一次加工能力為14 Mt/a，催化裂化柴油產量800 kt/a。為提高企業(yè)經濟效益，解決催化裂化柴油出路問題，擬采用中國石化石油化工科學研究院開發(fā)的“由輕循環(huán)油(LCO)生產高辛烷值汽油調合組分或苯、甲苯及二甲苯(BTX原料)的RLG技術”，對現有1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置的氫氣系統和分餾系統進行適應性改造，采用單段串聯、輕柴油餾分部分循環(huán)的工藝流程，以進一步提高汽油產品收率和選擇性，同時顯著提高產品柴油餾分十六烷值。通過控制加氫精制段芳烴飽和程度，在加氫精制反應區(qū)盡可能保留烷基苯、四氫萘等單環(huán)芳烴的同時降低氮體積分數至適宜的水平，為加氫裂化段提供原料；通過控制加氫裂化段四氫萘等單環(huán)芳烴的異構、開環(huán)，以及烷基苯等單環(huán)芳烴的烷基側鏈斷裂，有效地將柴油餾分中的烷基苯等單環(huán)芳烴轉化為汽油餾分中的苯、甲苯、二甲苯等高辛烷值組分，從而達到生產高辛烷值汽油的目的，即將1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置改造為RLG裝置。

綜合考慮各方面因素，確定改造按照近期方案和遠期方案分兩步實施：(1)近期方案，加工650 kt/a催化柴油，新氫壓縮機以及高壓管線等不作改動，同時要求分餾系統按照遠期方案設計；(2)遠期方案，加工800 kt/a催化柴油和300 kt/a的渣油加氫脫硫(RDS)柴油，最終將1.2 Mt/a柴油加氫精制裝置改造為1.1 Mt/aRLG裝置，生產高辛烷值汽油調合組分或芳烴料。改造分近期、遠期方案分步實施，且兩個方案的處理量差距比較大，近期只有遠期的60%。

新氫壓縮機和循環(huán)氫壓縮機是裝置的核心設備，其選型有一定的難度。因為壓縮機的投資比較大，既要考慮當前的運行成本、選型的可行性，又要考慮下一步的改造成本。而離心泵機械密封沖洗方案的選擇將關系到設備運行的可靠性以及裝置生產的平穩(wěn)性。

1 新氫壓縮機K-4001AB的選型分析

現有兩臺新氫壓縮機，單臺新氫壓縮機能力16 000 m3/h，其參數見表1所示。

表1 新氫壓縮機參數

在近期方案中，新氫壓縮機不做改動(因為650 kt/a的處理量就是根據兩臺新氫壓縮機的總能力確定的)，兩臺壓縮機同時滿負荷運行，沒有備機，一臺新氫壓縮機故障停機時，整個裝置很有可能難以運行；在遠期方案中，由于裝置改造后，裝置新氫耗量大大增加，達到50 000 m3/h左右。因此可以考慮以下兩個改造方案。

(1)更新兩臺壓縮機

將兩臺壓縮機拆除，更新為兩臺能力均達到50 000 m3/h左右的壓縮機，開一備一，操作靈活、方便，其中一臺壓縮機故障時，不影響裝置正常生產。缺點是改造成本比較高。

(2)新增一臺壓縮機

新增一臺能力達到34 000 m3/h左右的壓縮機(K-4001C)，開二備一；A機、B機互為備用，C機常開，無備機。A機或B機故障時，不影響裝置正常生產；C機故障時，A機、B機同時運行，裝置處理量需要由1.1 Mt/a降到650 kt/a，操作不如方案1靈活、方便。優(yōu)點是改造成本比較低。

2 循環(huán)氫壓縮機組K-4002的選型分析

循環(huán)氫壓縮機在運行中一旦出現故障停機，則系統需要緊急放空，接著視情況停加熱爐和進料泵，致使整個裝置停產。因此需要選用可靠性高、穩(wěn)定性好的壓縮機組。一般來說，當入口流量大于900 m3/h時，選用垂直剖分的筒形離心壓縮機會有較高的效率和性能[1]。

2.1 壓縮機參數

表2列出了壓縮機K-4002在各種工況下的參數?，F有的1臺循環(huán)氫壓縮機的參數見表2的原工況；改造后所要求的循環(huán)氫壓縮機參數見表2的工況1(近期工況，650 kt/a加工規(guī)模下壓縮機參數)和工況2(遠期工況，1.1 Mt/a加工規(guī)模下壓縮機參數)；工況3則為最終的近期工況下壓縮機選型調整參數。

表2 壓縮機K-4002參數

2.2 確定選型方案

裝置改造后，由于氫油比要求增加，冷氫注入量大幅增加，系統壓降增大，壓差達到2.4 MPa，而且壓縮機原工況的額定流量太小，無法滿足近期工況的流量需求，必須對機組進行整體更新。流量大，壓力高而壓比較小，因此宜選用離心式筒形壓縮機。離心式壓縮機運行可靠性高，連續(xù)運行時間長，但造價較高，故不設備機。

但是壓縮機工況1和工況2的流量相差超過100%，壓縮機的選型難度非常大。如果按照工況1(即近期工況)選型，勢必造成遠期工況時要重新選型，改造兩次，成本非常高，相當于購買兩臺機組，安裝施工兩次；如果按照工況2(即遠期工況)直接選型，在近期工況運行時，為了避免壓縮機喘振，勢必造成回流太大，達到55%，運行經濟性非常差。如果照此運行兩年的話，回流造成的能源費用浪費將達2 000萬元以上，大大超過整臺壓縮機組的價格。

綜合考慮改造成本和運行成本，確定采用以下方案進行選型：壓縮機的隔板束(轉子、隔板、內密封)按照工況1進行選型設計；壓縮機其他部件及其配套設備均按照工況2進行選型設計。在考慮遠期工況的改造時，僅僅更換壓縮機隔板束，就能滿足工況2的工藝要求。壓縮機其他部件包括壓縮機殼體、軸承、聯軸器、干氣密封及控制系統等；壓縮機的配套設備包括汽輪機、潤滑油站等。

壓縮機將采用3.5 MPa(絕對壓力)背壓式汽輪機驅動，排汽壓力為1.3 MPa(絕對壓力)。壓縮機軸封采用中間帶迷宮的串級干氣密封，正常操作和開車階段緩沖氣均采用壓縮機出口循環(huán)氫氣。壓縮機的控制系統可以利用原有系統，只進行必要的升級改造。

2.3 調整選型方案

在機組技術方案確定過程中，出現了以下問題：汽輪機按工況3選型，輸出最大功率約4 368 kW；長期在工況1下運行時，輸出功率過小，只有約1 900 kW，進汽量過小，可能會導致進汽不穩(wěn)，從而引起低壓缸即調節(jié)級的葉片根部產生較大的負反動度，造成蒸汽回流和根部的沖刷，甚至形成不穩(wěn)定的漩渦，使葉片產生顫振，葉片激振力增加，會導致疲勞損傷，無法保證汽輪機的長期穩(wěn)定運行。

解決該問題的方案為：汽輪機按工況2選型，經過計算，確認汽輪機可以長期穩(wěn)定運行的最小輸出功率為2 400 kW，對應的壓縮機的吸氣量約為140 000 m3/h，這樣就將壓縮機組近期工況調整為表2中的工況3。機組運行過程中，需要回流循環(huán)氫約40 000 m3/h,既保證了汽輪機滿足1.1 Mt/a的最大處理量的要求，又能保證在低負荷下長期穩(wěn)定運行。

3 離心泵機械密封沖洗方案的選擇

在裝置改造中，需要新增10臺離心泵，工況參數見表3所示。這10臺離心存在以下問題：介質組分輕，操作溫度高，對機械密封的沖洗方案要求比較高。

表3 各離心泵的參數

(1)P-4002A/B：介質為輕汽油，密度只有548 kg/m3，比液化氣稍重，易揮發(fā)，一旦發(fā)生泄漏，介質會霧化，有可能會閃爆。因此，選擇雙端面密封，沖洗方案為PLAN11+52。方案PLAN11為自沖洗，介質從泵的出口通過限流孔板進入密封腔，沖洗密封端面，回流到泵內。方案PLAN52：儲液罐為密封提供緩沖液，正常操作時，緩沖液保持循環(huán)。儲液罐連續(xù)排放火炬系統，并保持比密封腔小的壓力。

(2)P-4011A/B、P-4015A/B：操作溫度都在200 ℃以上，屬于高溫油泵，一旦發(fā)生泄漏，就會引起火災，根據中國石化的《關于切實做好高溫油泵安全運行的指導意見》，機械密封選擇了雙端面波紋管機械密封，密封沖洗方案采用PLAN21+53A。方案PLAN21：從泵的出口通過限流孔板和冷卻器進入密封腔的循環(huán)過程。方案PLAN53A：外設加壓隔離液儲罐給密封提供潔凈的液體，循環(huán)由內部輸液環(huán)完成，隔離液儲罐的壓力大于被密封的工藝液體的壓力。

(3)P-4012A/B：操作溫度為169 ℃，不屬于高溫油泵，對于汽油來講，一旦發(fā)生泄漏，也會引起火災。但是該泵的介質是重汽油，屬于裝置的產品，因此如果密封沖洗方案采用加壓的PLAN53A的話，密封油會污染介質，影響產品質量；如果密封沖洗方案采用無壓的PLAN52的話，重汽油泄漏到緩沖液中，又不易揮發(fā)。因此只能選擇單端面波紋管機械密封，密封沖洗方案采用PLAN23。方案PLAN23：從密封腔內的輸液環(huán)通過冷卻器回到密封腔的循環(huán)，適用在溫度較高的環(huán)境中，只冷卻小部分循環(huán)液體來最大限度減少冷卻器的熱負荷。

(4)P-4114A/B：操作溫度雖然只有144 ℃，不屬于高溫油泵，但是該泵介質為分餾進料，組分復雜，包含輕汽油、重汽油、柴油等，一旦發(fā)生泄漏，也會引起火災，并且不存在隔離液污染介質的問題，因此選擇了雙端面波紋管機械密封，密封沖洗方案采用PLAN21+53A。

4 結論

(1)在裝置改造中，工況參數跨度大，對轉動設備的選型帶來很大的難度，要綜合考慮各方面的因素，首先要考慮選型的可行性，再考慮一、二次改造費用以及運行成本等。

(2)大型壓縮機組往往一次投資都比較大，因此既需要考慮投資和運行成本，還要考慮系統的配套、運行的穩(wěn)定性，對于工況偏差比較大的機組更是這樣。

(3)在確定離心泵機械密封沖洗方案時，既要考慮介質溫度、介質的物性，還要考慮介質是最終產品還是中間產品。

[1] 王存智.循環(huán)氫壓縮機的選型分析[J].石油化工設備技術，2005，26(5)：28-30.

Selection of Compressor for Diesel Hydrocracking Retrofitting and Selection of Flushing Scheme of Mechanical Seal for Pump Selection

Dong Biao

(RefiningDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

In the retrofitting of diesel hydrotreating unit,there are great gap in treating volume between near-term and long-term working conditions.The selection of flushing scheme for mechanical seal of centrifugal pump,and the long-term renovation scheme of new hydrogen compressor were described.The short-term and long-term working condition retrofitting schemes and adjustment were taken into consideration in selection of recycling hydrogen compressor scheme.The selection of compressor should consider the running cost,the feasibility of selection,as well as the transformation cost in the next step.

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2016-10-18。

董飚，男，1966年出生，1992年畢業(yè)于中國石油大學(北京)研究生院機電工程系，碩士，高級工程師，從事煉化企業(yè)設備管理工作，現任中國石化上海石油化工股份有限公司設備專家，已發(fā)表論文18篇。

1674-1099 (2016)06-0036-04

TE974

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