韓晨陽(yáng)，席歡歡，馮蕾博

[陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西延安 727406]

0 引言

為滿足生態(tài)環(huán)境部頒布的《全國(guó)酸雨和二氧化硫污染防治規(guī)劃》（2005年5月）要求，著眼企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展并結(jié)合陜北地區(qū)原油性質(zhì)，通過(guò)考察、論證，延安煉油廠于2008年5月順利建成投產(chǎn)16 t/d硫黃回收裝置，用于降低石油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的含硫酸性氣對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)緩解酸性氣中硫元素對(duì)設(shè)備設(shè)施造成的侵蝕，以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。該裝置采用Merichem Company 的洛凱特（LO-CATⅡ）工藝，它通過(guò)使用鐵離子催化劑，在常溫下將硫化氫還原成單質(zhì)硫，同時(shí)鐵離子被還原成亞鐵離子，再通過(guò)空氣中的氧氣對(duì)亞鐵離子進(jìn)行氧化再生后循環(huán)使用，從而完成硫元素的回收。

LO-CATⅡ工藝過(guò)程中的主要化學(xué)反應(yīng)可以分為兩個(gè)過(guò)程：

1）吸收過(guò)程。

Fe3+將H2S還原成S：

H2S + 2Fe3+→2H++ S + 2Fe2+

2）再生過(guò)程。

Fe2+氧化成Fe3+：

1/2O2+ H2O + 2Fe2+→ 2 Fe3++ 2OH-

工藝氣鼓風(fēng)機(jī)作為裝置的關(guān)鍵設(shè)備在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中以150 m3（標(biāo)）/min的速率將空氣鼓入到硫吸收/氧化反應(yīng)器的氧化段，使混合溶液中的鐵催化劑再生，并將反應(yīng)后產(chǎn)生的廢氣輸送至焚燒爐單元，同時(shí)為硫黃吸收/氧化反應(yīng)器內(nèi)液相流動(dòng)提供動(dòng)力。

1 原工藝氣鼓風(fēng)機(jī)的使用現(xiàn)狀

16 t/d硫磺回收裝置，原設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)作為工藝氣鼓風(fēng)機(jī)，為硫吸收/氧化反應(yīng)器提供所需的空氣。因工藝需求，兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)須同時(shí)運(yùn)行才能滿足生產(chǎn)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，原工藝氣鼓風(fēng)機(jī)的檢修頻次逐漸升高，若單臺(tái)出現(xiàn)故障，將迫使硫吸收/氧化反應(yīng)器通過(guò)降低處理量以維持操作，從而打破硫吸收/氧化反應(yīng)器內(nèi)單質(zhì)硫生成的化學(xué)平衡，影響酸性氣的處理，嚴(yán)重情況下將會(huì)導(dǎo)致排放不合格，造成環(huán)保影響。伴隨著我國(guó)“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略的落地，原工藝氣鼓風(fēng)機(jī)已經(jīng)逐漸不能滿足生產(chǎn)需求。為切實(shí)有效地解決以上問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)需求及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，須對(duì)原工藝氣鼓風(fēng)機(jī)存在問(wèn)題進(jìn)行分析并實(shí)施改造。

2 高速離心式鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特征

單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)主要由高低速轉(zhuǎn)子、變速箱、擴(kuò)壓器、蝸殼等部件組成。工作過(guò)程：葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)周圍氣體隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)離心作用將氣體推送到擴(kuò)壓器中，在葉輪周圍形成真空環(huán)境，這樣入口處的氣體便會(huì)源源不斷地進(jìn)入葉輪內(nèi)。葉輪的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)使氣體反復(fù)吸入排出，從而實(shí)現(xiàn)氣體輸送的目的[1]。

3 高速離心式鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況分析

硫黃回收裝置原工藝氣鼓風(fēng)機(jī)（單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)）在運(yùn)行過(guò)程中主要存在以下不足。

3.1 能耗高

原設(shè)計(jì)的兩臺(tái)單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)，單臺(tái)設(shè)計(jì)風(fēng)量為93.2 m3（標(biāo)） /min，因工藝氣需求為150 m3（標(biāo)） /min，需要采取兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行的方案以滿足生產(chǎn)需求，能耗較高。由于兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)提供的實(shí)際風(fēng)量大于所需風(fēng)量，且為保障所需風(fēng)量和正常的運(yùn)行工況，防止發(fā)生喘振現(xiàn)象，還需要調(diào)節(jié)防喘振來(lái)釋放多余的風(fēng)量，因此存在一定的資源浪費(fèi)。

3.2 報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)復(fù)雜、受環(huán)境影響大

原單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)采用電機(jī)帶動(dòng)低速軸，通過(guò)變速箱傳動(dòng)將轉(zhuǎn)速由2 976 r/min提升至27 642 r/min。由于轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)緊湊，為保證設(shè)備運(yùn)行安全，每臺(tái)設(shè)備都設(shè)置了潤(rùn)滑油冷后溫度、變速箱軸承溫度（4處）、電機(jī)軸承溫度（2處）、電機(jī)定子溫度（4處）等十余項(xiàng)報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)，兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)量總計(jì)36處。因硫黃裝置存在較強(qiáng)腐蝕性，儀表、線路因長(zhǎng)時(shí)間處于這種環(huán)境氧化情況嚴(yán)重，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的8次連鎖停機(jī)原因進(jìn)行分析，其中3次停機(jī)是由線路老化失效引起。

3.3 操作難度大

日常操作過(guò)程中，僅開(kāi)機(jī)前就需要同時(shí)滿足以下五個(gè)條件：①入口導(dǎo)葉微開(kāi)10°；②防喘振閥全開(kāi)；③停車復(fù)位，系統(tǒng)復(fù)位；④PLC顯示無(wú)聯(lián)鎖狀態(tài)；⑤油溫油壓、DCS、現(xiàn)場(chǎng)PLC允許開(kāi)車。開(kāi)機(jī)過(guò)程如圖1所示。整個(gè)開(kāi)機(jī)過(guò)程為60 min且需多人配合，在緊急情況下無(wú)法快速反應(yīng)以保障環(huán)保裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

圖1 開(kāi)機(jī)過(guò)程

3.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)復(fù)雜，泄漏率高

原單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)零件精密，需潤(rùn)滑部位多，因此單獨(dú)設(shè)有潤(rùn)滑系統(tǒng)且潤(rùn)滑系統(tǒng)有較高的要求。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用油浴潤(rùn)滑，設(shè)有輔助的潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)、油壓控制系統(tǒng)和油溫控制系統(tǒng)。運(yùn)行過(guò)程中需通過(guò)調(diào)整板式換熱器的冷卻水量和電加熱器來(lái)控制潤(rùn)滑油溫度維持在35 ℃至45 ℃之間；需要控制輔助油泵的啟停來(lái)調(diào)整潤(rùn)滑油壓力；對(duì)潤(rùn)滑油的質(zhì)量也有較高要求，需根據(jù)油濾器差壓定期對(duì)潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)中的油濾器進(jìn)行切換清理，并根據(jù)潤(rùn)滑油質(zhì)量檢測(cè)情況定期更換潤(rùn)滑油以保證潤(rùn)滑系統(tǒng)滿足設(shè)備運(yùn)行要求。

在長(zhǎng)期使用中，在交變負(fù)荷的作用下，密封件密封面產(chǎn)生疲勞，出現(xiàn)裂紋和脫剝層，并由于介質(zhì)的沖蝕，磨損，以及硫黃裝置的腐蝕性導(dǎo)致的老化現(xiàn)象加劇，均加速了密封點(diǎn)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，泄漏率也隨之升高。泄漏率高存在潤(rùn)滑系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)，將導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，進(jìn)而影響裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。伴隨著“6S管理”的逐步深入實(shí)施，日常的維護(hù)過(guò)程中，泄漏點(diǎn)的潤(rùn)滑油也給設(shè)備維護(hù)工作增加了負(fù)擔(dān)。

3.5 流量調(diào)節(jié)困難

原高速離心式鼓風(fēng)機(jī)入口采用可調(diào)式導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，在鼓風(fēng)機(jī)正常工作過(guò)程中，葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的吸力增加了入口導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)難度，致使鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)不夠線性，操作難度隨之增加。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)噪聲大

原高速離心式鼓風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中噪聲達(dá)到103 dB，已經(jīng)超過(guò)了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“距噪聲源1 m處的噪聲不大于接觸限值（85 dB）”。機(jī)組自運(yùn)行以來(lái)噪聲已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)，直接危害到現(xiàn)場(chǎng)工作人員的職業(yè)健康。因此，在鼓風(fēng)機(jī)周圍設(shè)置了大量的消音降噪屏障進(jìn)行隔聲處理。隔聲設(shè)施內(nèi)空間較小且較為封閉，不利于鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量散發(fā)，若環(huán)境溫度較高將直接影響鼓風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性，且隨著使用時(shí)間的增加及硫黃裝置腐蝕性較強(qiáng)隔音設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也逐漸升高。

3.7 檢修費(fèi)用高

原高速離心式鼓風(fēng)機(jī)因設(shè)計(jì)精密，單臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)檢修過(guò)程中僅施工費(fèi)用就在6萬(wàn)元以上，單臺(tái)檢修消耗配件費(fèi)用至少為9萬(wàn)元（其中包括轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、進(jìn)氣機(jī)殼及擴(kuò)壓葉盤(pán)修復(fù)費(fèi)用，軸瓦、油封、氣封、潤(rùn)滑油更換等費(fèi)用），兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)總計(jì)檢修費(fèi)用為30萬(wàn)元以上，且不包括大修時(shí)更換高低速轉(zhuǎn)子費(fèi)用。

3.8 運(yùn)行可靠性低

工藝氣鼓風(fēng)機(jī)作為硫黃回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備，原高速離心式鼓風(fēng)機(jī)采用兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行方案以滿足工藝需求，無(wú)備用鼓風(fēng)機(jī)。若其突然發(fā)生故障將直接打破硫黃反應(yīng)器內(nèi)單質(zhì)硫生成的化學(xué)平衡，影響到酸性氣處理，嚴(yán)重情況下將會(huì)引起排放不合格，造成環(huán)保事件。

4 重新選型及結(jié)構(gòu)分析

2020年在與多家鼓風(fēng)機(jī)廠家溝通論證后，根據(jù)16 t/d硫黃回收裝置現(xiàn)場(chǎng)布局及工藝要求，參考相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工藝氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新選型。經(jīng)過(guò)對(duì)比，最終采用多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)。

按照工作原理，單級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)和多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)都屬于速度式鼓風(fēng)機(jī)的一種。即葉輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用及葉輪的擴(kuò)壓流動(dòng)，氣體的流速升高，隨后在擴(kuò)壓器中把速動(dòng)力能轉(zhuǎn)化為壓力能[2]。

由于離心式鼓風(fēng)機(jī)是依靠提升氣體流動(dòng)速度即氣體動(dòng)能來(lái)壓縮空氣提高壓力，因此壓力的升高很大程度上依靠轉(zhuǎn)速的提高。單級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)在一根主軸上有多組葉輪，空氣的壓縮在多組葉輪間逐步完成[3]。要獲得同樣的壓力，單級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就必須要比多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高數(shù)倍，才能達(dá)到要求。通常情況下多級(jí)式鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)依靠齒輪箱獲得極高的轉(zhuǎn)速一般高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速的提高又受到平衡、潤(rùn)滑及材料性能等多方面的限制，所以鼓風(fēng)機(jī)的控制和維護(hù)保養(yǎng)特別重要，必須同時(shí)配套單獨(dú)的過(guò)濾系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)及較為復(fù)雜的聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)[4]，同時(shí)由于高轉(zhuǎn)速帶來(lái)諸多部件如葉片等磨損較大，所以同樣工況下單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)的故障率較多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)高很多。因此經(jīng)多次對(duì)比分析，最終選定多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)。2021年7月鼓風(fēng)機(jī)改造項(xiàng)目完成施工并投入使用。

5 多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用效果

2021年7月首臺(tái)工藝氣鼓風(fēng)機(jī)改造完成并投入使用。通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新選型，對(duì)報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，成功縮短了鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)間，降低了檢修費(fèi)用、材料費(fèi)用和檢修難度，省去了潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，減少了部分非必要的消音設(shè)施和儀表線路，進(jìn)而降低了機(jī)組的檢修率和日常維護(hù)強(qiáng)度。截至2023年3月，16 t/d硫黃回收裝置已平穩(wěn)運(yùn)行20個(gè)月，在此期間多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況良好。

1)改造前后鼓風(fēng)機(jī)具體參數(shù)如表1所示。

表1 鼓風(fēng)機(jī)改造前后參數(shù)綜合比較

2)因鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將原鼓風(fēng)機(jī)的油浴潤(rùn)滑系統(tǒng)改造為脂潤(rùn)滑，通過(guò)每400 h加潤(rùn)滑脂30 g來(lái)解決軸承潤(rùn)滑問(wèn)題，省去了原鼓風(fēng)機(jī)復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng)。入口調(diào)節(jié)方式也由原來(lái)的可調(diào)式導(dǎo)葉式改造為入口蝶閥，維護(hù)難度、維護(hù)成本、工作強(qiáng)度均大幅度降低。

3）操作難度大幅度降低。改造后鼓風(fēng)機(jī)切換過(guò)程簡(jiǎn)單：?jiǎn)?dòng)備用鼓風(fēng)機(jī)，打開(kāi)出口閥；緩慢關(guān)閉備用鼓風(fēng)機(jī)的防喘振閥，逐漸打開(kāi)運(yùn)轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的防喘振閥，兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行；全關(guān)備用鼓風(fēng)機(jī)的防喘振閥，全開(kāi)運(yùn)轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的防喘振閥；關(guān)閉運(yùn)轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的出口閥；停運(yùn)轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)；對(duì)啟動(dòng)后的備用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查。鼓風(fēng)機(jī)的開(kāi)機(jī)時(shí)間由原來(lái)的60 min縮短為30 min，為裝置平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力保障。

4）由于鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，去除了高速離心式鼓風(fēng)機(jī)的變速箱結(jié)構(gòu)，潤(rùn)滑方式由油浴潤(rùn)滑改為脂潤(rùn)滑，因此簡(jiǎn)化了相應(yīng)的報(bào)警聯(lián)鎖信號(hào)、減少了相應(yīng)的儀表數(shù)量，報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)得到優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 鼓風(fēng)機(jī)改造前后測(cè)點(diǎn)清單

5）改造后鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)運(yùn)行即可滿足生產(chǎn)需求。依據(jù)原鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中記錄的電流參數(shù)計(jì)算如下：

電流25 A，電機(jī)功率P1=1.732×6 000 V×25 A×0.8=207.8 kW

改造后鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中記錄的電流參數(shù)計(jì)算如下：

電流31 A，電機(jī)功率P2=1.732×6 000 V×31 A×0.8=257.7 kW

改造前兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，電機(jī)功率為2P1，改造后只需單臺(tái)運(yùn)行。

因此電機(jī)功率可節(jié)約 ΔP=2P1-P2=2×207.8-257.7=157.9 kW

因此，每天可節(jié)約電量Q=157.9×24≈3 790 kW·h。

以現(xiàn)在執(zhí)行電價(jià)0.5 元/（kW·h）（我廠用電電價(jià)浮動(dòng)，0.5 元為保守估算）計(jì)算，每天可節(jié)約費(fèi)用3 768×0.5=1 895元。

每年節(jié)約費(fèi)用為1 895×8 000/24=631 667 元=63.2 萬(wàn)元。（硫黃裝置每年設(shè)計(jì)運(yùn)行8 000 h）

6 結(jié)語(yǔ)

鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有很多，合理的選型很重要。通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的分析，證明多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)更適用于硫黃回收裝置，相對(duì)于高速離心式鼓風(fēng)機(jī)，其降低了能耗，簡(jiǎn)化了操作步驟，降低了檢修率和維護(hù)成本，減少了人員工作強(qiáng)度，提升了經(jīng)濟(jì)效益，保障了環(huán)保裝置安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行，獲得了社會(huì)效益。