第４３卷第１８期 广州化工 Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．１８ ２０１５年９月 Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｅｐ．２０１５ 液 力透平的 应用及节能分析 贾松波 （海工英派尔工程有限公司，山东 青岛２６６１００） 摘 要：对东明润邦１２０万吨／年高硫重油综合利用项目混合油加氢精制装置的设计中采用的液力透平装置在高压加氢装置 中的应用及节能性进行了分析研究，分析结果表明，液力透平投用生产后，在九个月内回可收全部的投资成本，对装置降低能耗、 减少生产运行成本有很好的促进作用。 关键词：液力透平；节能；能量回收 中图分类号：ＴＥ０８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—９６７７（２０１５）０１８—０１３７—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｔｕｒｂｉｎｅ ＪＩＡ Ｓｏｎｇ－ｂｏ （Ｃｏｏｅｃ—ｅｎｐａｌ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｅｖｉｃｅ ｕｓｉｎｇ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｏｉｌ ｈｙｄｒｏｆｉｎｉｎｇ ｕｎｉｔ ｉｎ Ｄｏｎｇｍｉｎｇ １．２ ｍｉｌｌｉｏｎ ｔｏｎｓ／ｙｅａｒ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｕｌｆｕｒ ｃｒｕｄｅ ｏｉｌ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｌｌ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｎｉｎｅ ｍｏｎｔｈｓ，ａｎｄ ｗａｓ ａ ｇｏｏｄ ｒｏｌｅ ｉｎ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｆｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ 近年来，国家十分重视节能减排，特别是国家“十二五” 置以及其他类似工况的装置中内进行应用和推广。 规划纲要提出，在“十二五”期间，单位ＧＤＰ的能耗要降低 １６％。…而液体能量回收利用技术的发展与提高对节能减排有 ２ 液力透平工作原理及应用 重要意义。在许多行业中尤其是石化行业里以前这些高压的液 体一般都是通过调节阀减压或经过孔板后泄压能量被白白浪费 ２．１ 液力透平工作原理 掉。随着近些年来液体余压能量回收技术的发展，目前这些高 液力透平可以看做是反转的泵，将液态流体中蕴含的压力 压液体可以通过液力透平做功，将其压力能转换为液力透平的 势能转换为机械功。其基本工作原理是：一般以高压流动的液 机械能，以轴功率的形式输出达到回收能量的目的。在加氢工 体或气体作为介质，从透平的吸入口喷入，从透平排出口流 艺中应用透平技术可以有效的利用压降降低装置的能耗 。 出，通过透平中关键部位多级叶轮（它安装在透平轴上，沿透 平轴圆周均匀排列有叶片），流体或气体所具有的能量在流过 １ 液力透平的现状 叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，将介质的压力能转变为 动能，从而驱动透平轴旋转，透平轴经传动机构带动泵轴旋 从国内高压加氢装置液力透平使用的情况来看，冷液力透 转，输出机械功，从而能实现节能的目的 ，因此在炼油厂中 平应用较多，在中石化茂名石油化工公司、金陵石化公司，海 南炼油化工有限公司等多家企业得以应用，节能降耗效果明 有很大的应用空间。 显。２００５年底中石油大庆石化分公司的加氢裂化装置引进了热 ２．２透平的应用方案 液力透平装置，经过一点时间的运行后，设备运行安全平稳高 ２．２．１透平与泵的连接方式 效，热液力透平的应用从此得到实践证明。随后２００６年中石 在石化行业中液力透平多用于驱动泵和电机，最主要的有 化海南石油公司热液力透平及２００８年中石化青岛炼化公司热 三种方案（见图１）。 液力透平的成功应用也为国内热液力透平在高压加氢装置中的 方案Ａ最简单明了，直接用透平驱动泵。方案Ｂ是液力透 实践应用开拓了新局面。近些年来，液力透平在加氢装置中的 平和电机一起驱动泵，降低电机能耗，Ｃ和Ｂ的不同是，电机 应用越来越广泛。根据上述各企业液力透平在装置中的平稳高 与透平之间装有降低启动功率的单向离合器。从目前炼油厂工 效应用情况，节能降耗效果显著，经济效益提升明显，是当前 业化应用程度来看，方案Ｃ的应用最广。本次加氢装置中的液 高压加氢装置节能的最有效途径，值得目前在国内高压加氢装 力透平也是采用的Ｃ方案。 作者简介：贾松波，男，助理设计师，主要从事加氢装置的工作。 １３８ 广州化工 ２０１５年９月 ：臣＝］＿—＿｛＝圃 ｓ：臣）— 互］＿—臣互 臣二］＿—＿［互 口＿—臣圃项离合器 线上选型点大的流量下操作，这会导致热高分液位的波动，从 而影响装置的稳定性；如果液力透平在小流量情况操作，透平 的效率下降很快，鉴于上述特性，因此在选取液力透平流量 时，选取额定流量的８５％作为设计流量，其高效区较宽，效率 曲线平坦，可以保证液力透平长期在高效率点进行平稳的操 作。 图１ 液力透平的驱动方案 ３液力透平的选型 液力透平在设计时要坚持长期、稳定回收能量的重要原 ２．２．２透平在加氢装置中的应用 在高压加氢装置中存在多余压力的位置是液相物流从高压 至低压的位置。对于东明润邦的蜡油加氢装置而言，主要有两 则。对于液力透平技术据认为国外的主要有荏原、福斯、 ＦＬＯＷＳＥＷＥＲ、苏尔寿等技术比较可靠，但是价格昂贵，运行 个位置：一个是从装置内热高压分离器液相物流降压后进入热 低压分离器的降压区，压差大约为８８ ，温度为１９０℃左右； 另一处为装置内高压循环氢脱硫塔塔底富胺物流降压区，压差 大约为８０ ｋｇ，温度为５０℃左右。 针对上述两个位置，高压加氢装置液力透平应用的工艺布 置也有两种类型：一种为热液力透平，是热高压分离器至热低 压分离器降压区的热液力透平应用。加氢精制的反应产物从热 高压分离器出来经过液力透平降压后去热低压分离器。另一种 为冷液力透平。指的是在高压循环氢脱硫塔的降压区的冷液力 透平的应用。富胺液自高压循环氢脱硫塔底部进入到液力透平 入口，由液力透平减压后送出装置。 液力透平 图２热液力透平工艺流程 润邦蜡油加氢装置中采用的是热液力透平方案，工艺流程 见图２：反应进料从原料油缓冲罐底部进入高压进料泵，由进 料泵升压后经和反应产物换热后再由加热炉升温达到反应需要 的温度后进到反应器进行加氢精制反应，反应产物经换热后进 到热高压分离器。经过分离后的热高分油自热高分罐底部进入 到液力透平人口，由液力透平减压后进入热低分罐。在以前的 设计中这部分压力主要是通过调节阀卸压，不能够把这部分压 力有效的利用，造成浪费。 由于甲方控制投资原因，此次加氢装置只是在热高压分离 器至热低压分离器降压区采用的液力透平，上面提到的在高压 循环氢脱硫塔的降压区设计时也应采用，但本次甲方不要求采 用。我们在其他的设计中也采用过富胺液透平的方式降低装置 的能耗，达到了节能降耗的目的。 液力透平是利用流动的液体或者气体驱动设备回收能量， 一般采用反转运行泵来充当透平。 液力透平和泵的性能曲线正好相反，液力透平如果在比曲 成本较高；国内兰州水泵厂，大连深蓝都有液力透平技术，但 是据用户反映产品综合品质不是很好；２０１３年金陵石化在进行 １３０万吨加氢精制一分子筛脱蜡装置节能减排改造中采用了与 沈阳格瑞德泵业联合开发的多级液力透平，在装置投运后较长 时间内的监测数据显示，各项设计指标均达到了国外同类产品 水平。这是国内首台国产化的多级液力透平，性能指标良好， 有望以后国产透平的推广。嘉利特是采用荏原的技术，采用的 泵反转技术，与ＦＬＯＷＳＥＷＥＲ技术是有差距，但是制造成本较 低，近年来被国内不少企业所采用，反馈良好，此次东明润邦 项目所用的液力透平就是委托嘉利特荏原制作的。 （１）本装置中反应进料泵的出入口工况 正常流量１４７ ｍ ／ｈ，最大流量１７６．５ ｍ ／ｈ； 吸入压力０．４ ＭＰａ，吐出压力１０ ＭＰａ； 输送液体原料油正常温度１４０℃，最大温度１８１℃，最小 温度１２０℃； 相对密度０．８３６；１８１ 下粘度０．７６； 泵额定功率５７２．３ ｋＷ，效率６８．５％。 （２）透平出入口工况 正常流量１５１ ／ｈ；吸入压力８．８ ＭＰａ，吐出压力１．２ ＭＰａ； 输送液体高分油正常温度１９０ ｏＣ； 相对密度０．８１４；１９０ ｏＣ下粘度０．７３５； 泵额定功率１９６ ｋＷ，效率６１．５％； 此次液力透平采用嘉利特荏原ＢＢ５型。 ４液力透平的经济性 ４．１ 回收年限 液力透平的经济性，是以每年回收能量的费用与采用液力 透平后所增加的投资费用进行比较，如果增加的投资可以在 ３年内得以回收，则可认为采用液力透平在经济上可取。 计算液力透平回收能量的价值： Ｕ＝８０００ｘＮ ｘＣ 年 式中：８ｏ００——年操作小时 Ｎ ——一液力透平轴功率，ｋＷ ｃ——一当地电价，０．６元／ｋＷ・ｈ 安装透平所需要的费用： Ｕｎ＝Ｙ１＋Ｙ，＋Ｙ１ 式中：Ｙ ——液力透平费用 ——液力透平的安装费用 Ｙ１——液力透平的维修费用 液力透平投资回收年限： Ｔ＝Ｕ０／Ｕ年 （下转第１４８页） １４８ 广州化工 参考文献 ２０１５年９月 要加强对双师型师资队伍的管理、激励和约束制度，制定针对 高校教师在企业所开展工作的评定细则，制定针对兼职教师在 聘用、认定以及考核等方面的制度，做到激励与约束并存。 教育制度的改革和推进并不是一蹴而就的，这是一个谨慎 而缓慢的过程，需要反复的试行和验证。在我国目前的教育教 学体制下提出一些可行的改进措施，这不但为ＰＢＬ教学的开展 提供条件，也许能成为推动教育教学制度改革的一点推动力。 ［１］吴升华．论ＰＢＬ医学教育模式［Ｊ］．医学与哲学，２０００，１２（１２）：４８— ４９． ［２］ 姜晓昱．ＰＢＬ应用于高等院校本科教学实践的三种变型［Ｊ］．江苏 高教，２００７（０３）：７５—７７． ［３］ 焦光宇，李响，马宁耶，等．双向引导ＰＢＬ对医学生学习方式影响的 研究［Ｊ］．医学与哲学：人文社会医学版，２００９（Ｏ６）：７１—７２＋７４． ［４］ 祖雅琼，马骏．医学研究生ＰＢＬ教学评价问卷的编制及信度和效度 分析［Ｊ］．现代预防医学，２０１３（０９）：１７９６—１７９９． ［５］ 陆媛，于德华，张斌，等．ＰＢＬ教学模式在全科医师规范化培训中的 实践应用［Ｊ］．中国全科医学，２０１４（１６）：１８８０—１８８３． ［６］ 杜翔云，Ａｎｅｔｔｅ Ｋｏｌｍｏｓ，Ｊｅｔｔｅ Ｅｇｅｌｕｎｄ Ｈｏｌｇａａｒｄ．ＰＢＬ：大学课程的改 革与创新［Ｊ］．高等工程教育研究，２００９（Ｏ３）：２９—３５． ４ 结语 在我国工科院校中，开展ＰＢＬ教学存在的主要问题是无法 构建真实驱动任务及教师实践经验不足等，产学研合作教育中 企业由于实际生产的需要往往能提出具体且真实的任务，且企 业工程技术人员具有丰富的实践经验；把两者有机结合在一 起，在产学研合作平台下发展ＰＢＬ教学模式，以企业真实任务 为驱动，由高校教师和企业工程教师共同参与指导，引导学生 透过真实问题深入学习和理解理论知识，并完善相应的教学管 理、评价和考核制度，相信必能走出一条教学改革的新道路。 ［７］鲁秀敏，王永堂，余瑛．ＰＢＬ教学法在生物化学教学中的初步应用 与探讨［Ｊ］．中国现代医学杂志，２００７（１９）：２４３０－２４３２． ［８］ 王磊．美国牙科ＰＢＬ教学的实践与思考［Ｊ］．实用口腔医学杂志， ２０１４（Ｏ３）：４４３—４４５． ［９］ 汪萤．国外高职校企合作教育经验对我国建设校企合作教育的启 示［Ｊ］．世界教育信息，２００８（１０）：６３—６５． ［１Ｏ］魏银霞，杜小峥．国外高职教育校企合作模式探析及启示［Ｊ］．职教 探索与研究，２００８（２）：６６—６８． （上接第１３８页） 若Ｔ≤３，则认为安装透平有经济性。经过计算此装置的透 平应用Ｔ值为０．７５，由此可见，本装置采用液力透平有很大的 经济性。 ６存在及可能出现的问题 液力透平现在存在的主要问题是：透平内输送的是高温高 压，富含硫化氢气体的介质，且运行一段时间容易产生结焦， 损害机械密封寿命，例如中石化青岛大炼油加氢装置中的液力 透平在开工不久就出现机械密封故障。其他不少加氢装置的液 力透平都出现了机械密封泄漏的问题。近年来很多炼厂液力透 平都进行过密封改造，取得了不错的效果，例如中石化海南炼 油３１０万吨／年渣油加氢装置对液力透平的国产机械密封进行 了第二次改造，运行效果明显得到改善，机械密封运行寿命延 长至１年，最长的可达ｌ６个月，从而实现了透平装置的长期稳 定运行 。而进口机封价格昂，订货周期长，国产机封效果不 是很理想，因此应对可能会出现的机械密封故障，制定相应的 密封改造计划就很重要。 参考文献 ［１］王晓晖，杨军虎，史凤霞．能量回收液力透平的研究现状及展望 ［Ａ］．第六届全国水力机械及其系统学术会议［ｃ］．２０１３． ［２］徐秀生．液力透平在石化行业中的应用［Ｊ］．通用机械，２０１３（３）： ２３－３２． ４．２节省电费 本装置中一共由两台反应进料泵，其中一台是透平电机进 料泵串联，另一台纯粹由电机带动。两者都按一年运行的时间 按８０００ ｈ，当地工业电费０．６０ ｒｍｂ／（ｋＷ・ｈ）计算： 纯电机带动的进料泵，轴功率５７２．３ ｋＷ，其电耗为４．６× １０ ｋＷ・ｈ，一年电费约２７５万元。 液力透平的回收功率为１９６ ｋＷ，共能节省电为１．６× １０ ｋＷ・ｈ，一年节省电费约９４万元。 综上所述，投用液力透平后可在九个月内回收全部的投资 成本，对装置节能降耗、减少生产运行成本有显著作用。 ５ 注意事项 （１）液力透平如长期停车，应将进出口管线盲板盲死，机 体完全倒空，并接临时胶管线充Ｎ 保护，防止机体，管线锈 蚀。 （２）对于富胺液降压区液力透平的应用，有一个事情要注 意，前期设技中如果选用的ＭＤＥＡ作为脱硫剂的话，如果后期 技术改造再选用其他的复合型脱硫剂，需要的贫胺液的量会大 大减少，对应的富胺液的量也会大幅减少，因此透平的功率会 大幅降低，一次在前期的设计中应注意。 ［３］ 刁望升．高压加氢装置应用液力透平可行性研究［Ｊ］．炼油技术与 工程，２００８（０７）：３３—３５． ［４］ 张伟东．渣油加氢装置液力透平机械密封改造［Ｊ］．石油和化工设 备，２０１３（４）：６９—７１．