苯酐工业冷油泵节能技术改造分析

摘要：根据苯酐工业关键设备冷油泵的运行特点，综合分析三种节能技术改造方案。

关键词：苯酐，邻苯二甲酸酐，冷油泵，节能技术

引言：邻苯二甲酸酐简称苯酐，是三大有机酸酐中生产量与消费量最大的一种。工业上使用工业萘或邻二甲苯为原料，与空气的气态混合物在410～460℃范围内催化剂的作用下生成苯酐，同时生成顺酐、苯甲酸、萘醌、邻苯二甲酰亚胺等副产物，部分过氧化生成CO2、CO等。该反应为强放热反应，反应气体经过气体冷却器回收热量后温度为170-190℃，进入切换冷凝器E108，四台切换冷凝器中三台通入冷油进行凝华，一台处于热熔或预冷。切换冷凝器根据固定的周期切换操作，切换操作步骤通过DCS控制程序来实现。在凝华时，50～70℃的冷油流经切换冷凝器翅片管内，反应气体中的苯酐被凝华。当凝华操作结束时，将冷油切换为185～200℃热油，将翅片管上粗苯酐熔化通过下料阀流入粗苯酐罐。切换冷凝器使用的导热油在两个循环系统流动，冷油经冷油罐抽出至冷油泵，至冷油冷却器后再流经切换冷凝器后，回到冷油罐进行循环。热油从热油罐和蓄热油罐抽出经热油泵至热油加热器用中压蒸汽加热后再流经切换冷凝器后，再回到热油罐进行循环。本文主要针对冷油泵的节能技术改造进行分析，汇总三种节能技术改造方案以供选择。

一、项目背景

邢台旭阳化工有限公司建设有2套苯酐装置，每套苯酐装置的切冷导热油系统有4台导热油泵，3台冷油泵，流量650m3/h扬程59米功率160kw；1台热油泵流量350m3/h扬程58米功率90kw，连续运行。冷油泵日常运行开1备2，进口阀门DN450压力0.020mpa，出口阀门DN350压力0.650mpa，开度10-15%，循环管道无流量计、无压力表，因切冷运行状态不同，电流在205-210A规律性波动。观察切冷安装高度以及设备高度，最高用户高度不超过20米，冷油泵出口阀门处存在巨大的节流损失，有一定节能改造潜力。

二、运行状态检测

在冷油换热器出口管道安装超声波流量计，检测冷油泵循环流量数据。该位置位于冷油循环主管道，表前没有其他分支、回路，可以代表冷油泵循环工况流量。

在冷油换热器进口管道放空处安装一个压力表，检测冷油泵循环压力数据。该位置位于冷油泵出口总管至第一台设备前，表前没有其他分支、回路，可以代表冷油泵循环工况压力。

查询某月3-9日冷油泵日耗电数据。

三、节能技术改造方案

方案一：经过检测数据，最大流量为418m3/h，保险系数放大10%选择额定流量为450m3/h；最大压力为0.28mpa，保险系数放大10%选择扬程为35米；热态密度为875kg/m3，效率选择75%，电机功率因数选择0.88，则输入功率为：

P=Q×H×ρ×g/3600/η/φ

=450×35×875×9.8/3600/0.75/0.88=56.842kw

经过与国内知名某热油泵厂沟通参数后，推荐选择SRY200-150-400型号热油泵，配套75kw电动机。

改造方式为旧泵拆除，安装新泵1台套，降低扬程、降低流量以匹配工况压力和流量，需要将进口大小头及法兰由DN450×250改造为DN450×200，出口大小头及法兰由DN350×200改造为DN350×150，旧泵基础地脚螺栓孔6个全部重新打孔浇筑、提升高度。

先行改造1台冷油泵，安装运行稳定、满足工况后，再对另1台冷油泵进行改造，并讨论研究对热油泵进行改造，最终实现切冷导热油系统能耗的整体降低。

方案二：

根据离心泵的相似理论，满足相似条件的离心泵流量、压头、功率存与转速和叶轮直径存在下述关系：

离心泵的叶轮切削定律是建立在大量感性试验资料的基础上的，它认为如果叶轮切削量控制在一定的限定内时，则切削前后水泵的效率可视为不变。 此切屑限量与水泵的比转数有关。

经过计算冷油泵比转速为107，属于中比转速离心泵，最大叶轮直径切削量≤15% 。根据相似理论计算叶轮切削量，列出以下表格：

需要特别指出的是，叶轮外圆的切割是不可逆过程，因此在实施改造过程中应该分布进行，首次切削后开展运行试验，二次切削应根据试验结果进行修正；低中比转速的叶轮切割的前后盖板应该保持一致，高比转速叶轮后盖板切削量应该大于前盖板，以防止高压头流体返混进入叶轮进口；叶轮切削后，其叶片的出水舌端就显得比较厚，应当沿叶片弧面在一定的长度内切削或打磨减薄，可改善叶轮的工作性能。

方案二计划首次对冷油泵叶轮外圆切割20mm，切削比例在8.0%，回装叶轮开展试验运行，测得运行结果后再次修正切割尺寸，选择叶轮外圆继续切割10-15mm。

方案三：根据离心泵的相似理论，满足相似条件的离心泵流量、压头、功率存与转速存在下述关系：

经过检测数据，最大流量为418m3/h，保险系数放大10%选择额定流量为450m3/h，与之相对应的运行频率为35HZ；最大压力为0.28mpa，保险系数放大10%选择扬程为35米，与之相对应的运行频率为38.5HZ；选择最适宜频率38.5HZ运行，与之相对应的运行轴功率约为73KW，电机功率因数为0.89，则运行功率约为82KW，运行电流为118A。

经过配电柜实地考察，配电柜上方为隔离开关、下方为旁路软启、后方为断路器，软启柜高度1170mm、深度450mm、宽度540mm 。经过查询变频器选型手册数据，进口品牌变频器如西门子、日本富士、日本三菱变频器符合尺寸要求、长期使用稳定性较高，其他国产品牌为汇川、英威腾、森兰等。推荐使用西门子变频器G120XA-FSG系列，安装尺寸为H=1299 W=305 D=360 ，是以上品牌风机水泵专用变频器中尺寸最小的型号。具体改造方法为先拆除软启动，将断路器安装在软启动柜中，将变频器安装在断路器柜中，柜内空间完全满足要求。拆除的软启动可以存放仓库备用。

四、投资估算

方案一：

备注：冷油泵选择单端面波纹管机械密封+水冷却技术，电动机为南阳防爆BT4、一级能效。

方案二：

维修拆装离心泵2次，消耗螺栓垫片费用500元，不计人工费用；外委叶轮外圆切割及动平衡测试，2×2000元=4000元，总计改造费用约4500元。2台设备改造需要资金0.9万元。

方案三：

购置西门子G120XA-FSG变频器，单台价格约为4.5万元，2台价格为9.0万元，实施软启的拆除和新变频器的安装为采购变频器的附加服务，无需增加安装费用。

五、效益效果

方案一：

原泵运行功率为128kw，新泵预计运行功率为56kw，日节电1700度，年预计节约电量（128-56）kw×0.80万小时=57.6万度，节约电费57.6万度×0.65元/度=37.44万元。2套装置全部改造，日节电3400度、年节电年115.2万度、年节约电费75万元。

方案二：

原泵运行功率为128kw，经过2次叶轮外圆切削后，预计运行功率为85kw，日节电1030度，年预计节约电量（128-85）kw*0.8万小时=34.4万度，节约电费34.4万度×0.65元/度=22.36万元。2套装置全部改造，日节电2060度、年节电年68.8万度、年节约电费44.72万元。

方案三：

原泵运行功率为128kw，增加变频调速后，选择最适宜频率38.5HZ运行，与之相对应的运行轴功率约为73KW，电机功率因数为0.89，运行电流为118A，则运行功率约为82KW。日节电1100度，年预计节约电量（128-82）kw*0.8万小时=36.8万度，节约电费36.8万度×0.65元/度=23.92万元。2台冷油泵全部改造，日节电2200度、年节电年73.6万度、年节约电费47.84万元。

六、结论

方案一项目投资20万元，可以分两步实施，经济效益75万元/年，回收期3-4个月。方案一，投资略高，但是长期收益较好，改造范围较小。

方案二项目投资0.45万元，经济效益22.36万元/年，回收期1个月。方案二，投资略低，长期收益较方案一差距明显。虽然改造范围较小，但是存在改造设备报废的风险。

方案三项目投资9万元，经济效益47.84万元/年，回收期2-3个月。方案三，长期收益与方案二基本相同，较方案一有一定差距，但是投资较低、周期较短、范围较小，优势明显。改造效果不佳可以完全恢复原有状态。

综上所述，本文对常用的3种节能改造技术方案做出综合分析，具体选择应在投资、收益、稳定性、实施难度等因素综合考虑。

参考文献：

[1]关醒凡.现代泵技术手册[J].北京：宇航出版社，1996.

[2]姚福来 张艳芳等著.电气节能技术及应用[J].北京：中国电力出版社，2015.

[3]姬忠礼 邓志安 赵会军主编.泵和压缩机[J].北京：石油工业出版社，2015.

作者简介； 吕红强 职称：工程师 毕业院校：河北科技师范学院