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煤焦油加氢装置高压往复泵与高速多级离心泵的选用比析? 下面文章中的分析正确吗? 对高压泵的选型您有何建议? 《煤焦油加氢装置高压往复泵与高速多级离心泵的选用比析》 重庆水泵厂有限责任公司 市场 部——曹本华 摘要:炼焦、兰炭及 煤气 化等生产过程中都会有附属产品——煤焦油,煤焦油经过净化、加氢后,可获得的汽、柴油产品,具有较高的经济价值。随着国内炼焦、兰炭等行业的规模发展,以及众多 煤气 化 项目 的大量投产、新建,煤焦油加氢 项目 也迎来了蓬勃发展的契机,装置规模也逐渐增大,从最初的5万吨/年发展到50万吨/年。 关键词:高压往复泵、高速多级离心泵、效率、流量调节、密封。 引言:在煤焦油加氢装置中,有加氢精制进料泵、加氢裂化进料泵、高压硫化剂泵、注水泵、反应进料泵等高压力泵(出口压力到达18.0MPa以上,扬程达到2000m),在早期装置规模较小时,都选用的高压往复泵,较好的满足了 工艺 条件及生产需求。随着装置规模的持续增大,出现高压泵到底选用高压往复泵还是选用高速多级离心泵的 技术 争论,本文将从选用两种泵的基本 原理 、装置 工艺 条件、产品适应性、投资成本、使用成本等方面进行深入比析,定量分析,得出了相关结论;希望有助于提高煤焦油加氢装置的工艺设计方案以及选用到合理、经济的高压泵。 1.高压往复泵 原理 及特点 1.1高压往复泵原理 高压往复泵是依靠柱塞在泵缸内往复运动使缸内工作容积交替增大和缩小来输送液体或使之增压的容积式泵。泵的组成一般由电机、减速机、传动机座及液缸体(包含柱塞、 填料 箱及泵头)组成。 传动机座及液缸体图如下: 1.2高压往复泵特点 1)往复泵的效率高,机械效率一般能达到85%以上。输送介质的粘度对泵的机械效率影响不明显。 2)泵的理论流量由泵的柱塞直径、柱塞行程长度、柱塞往复次数及柱塞数量决定,实际容积效率一般都在92%以上。 3)压力变化对流量的影响很小,小范围内压力变化几乎不影响流量,因此,泵具有流量输出的硬特性。(国内已生成出压力高达140MPa的高压往复泵,并且流量输出恒定。) 4)泵具有较强的自吸能力,在柱塞吸程时腔内压力可以接近输送介质的临界饱和 蒸汽 压,因此,泵的进口压力只要能推开吸入阀即可,泵吸入性能好,必需气蚀余量低。 5)柱塞密封采用柱塞衬套+耐高压 填料 ,往复运动的密封摩擦副相对位移速度低,填料、柱塞的使用寿命高(在GB/T9234-2008标准中有相关的规定)。对于特殊介质工况(如高温、易燃易爆、有毒等),可以采用双级填料密封,并加冲洗油系统(相当于离心泵的PLAN23+52密封方案),可以保证输送的介质绝对不外露。 填料箱及冲洗油系统见下图: 6)流量调节一般采用通过变频器调节调频电机的转速、改变柱塞往复次数的方式。由于往复次数与流量成正比例关系,泵的流量可以通过变频器精确控制调节,泵的出口管路不需要设计最小流量系统(如孔板节流装置或最小流量调节阀等)。变频器柜替代了高压控制柜(盘),变频器同时也是软启动装置。 7)三柱塞往复泵的柱塞呈120°有相位角分布,每缸输出的流量有脉动,但流量叠加后峰值只比平均流量偏差不到10%,因此,由于流量脉动引起的管路振动比较小,同时也是可以控制的;在工程设计中采用加缓冲器(又叫储能器)的方式吸收管路振动,同时均衡流量输出。 8)由于往复泵流量输出具有硬特性,在出口管路上必须设计安全阀以保证使用安全,在往复泵启动时前必须将泵进出口管路阀门开阀。 2.高速多级离心泵原理及特点 2.1高速多级离心泵原理 高速多级离心泵运转时,泵轴拖动叶轮高速旋转,叶轮中的叶片驱使液体一起旋转从而产生离心力,流体在脱离叶片时势能增加,每级叶轮产生的势能叠加在一起就是泵的扬程。高速多级离心泵泵组一般由原动机、增速机、多级离心泵、强制润滑油系统、机械密封冲洗系统及最小流量系统组成。 2.2高速多级离心泵特点 1)高速多级离心泵一般是低比转速的泵,效率较低,一般不超过50%。 2)由于效率低,泵的必需最小流量较大,为保证不气蚀及泵体温度不过分升高,一般必需最小流量在额定流量的30%以上,有的达到50%~70%(这种情况下,泵运行时,输出的流量大部分通过最小流量系统在进行回流)。 3)高速多级离心泵必须设最小流量系统。离心泵最小流量可以采用“主路调节阀+旁路节流孔板”的方式,也可采用“主路调节阀+最小 流量控制阀 的方式”。由于在高压下,旁路节流孔板的寿命很难保证,并且噪音大,现在工程中多采用最小流量控制阀,但 价格 昂贵。 4)由于转速增加,泵的必需气蚀余量增大,高速多级离心泵的必需气蚀余量大致跟转速倍数的平方成正比例关系;在工程设计中,有时为保证装置的必需气蚀余量,采用加前置泵的方式增压。 5)由于转速高,高速多级离心泵机组必须带有强制润滑油系统,对电机、增速机及泵的轴承系进行强制润滑,带走热量;为保证在 事故 工况下安全停泵,泵组还必须配高位油箱。 6)高速多级离心泵要实现流量自动调节,必须采用“自控调节阀+在线监测的流量计”的方式,但自控调节阀成本较高;也可以采用“变频器+流量计”的方式,但因效率低、电机大,变频器成本也非常高。 7)在高温下,轴端机械密封必须采用“注入”式机封冲洗方案,由于“注入”系统必须达到一定的压力,因此冲洗系统的设备成本较高。如输送介质介质温度超过200℃,在机械密封前必须加泄压腔;如进口压力较高(超过4MPa),机械密封前面必须设计泄压腔室。 3.实例选用比较 以xxx公司设计的一个50万吨/年煤焦油加氢装置项目的加氢精制进料泵为例,进行比较分析。(其中选型 价格 方案采用重庆水泵厂有限责任公司的系列产品为依托。) 3.1 工艺条件 输送介质:煤焦油 温 度:最低85℃,正常159℃,最高195℃ 介质特性:易燃 介质密度:927kg/m3 介质粘度:0.914mpa.s 有效汽蚀余量:53m(高压往复泵、高速多级离心泵都能满足) 流 量:正常54.0m3/h,额定59.4m3/h 进口压力:0.5MPa(A) 出口压力:17.6MPa(A) 压 差:17.1MPa(A) 扬 程:1882m 安装位置:室内,采暖 3.2 采用高压往复泵方案 型 式:耐高温型双级填料密封三缸往复泵 型 号:3D9-67/18.0-125S-R2N-IA 标称流量:67m3/h 额定压力:18.0MPa 柱塞直径:125mm 柱塞行程:230mm 往复次数:132min-1 柱塞线速度:0.9m/S 机械效率:≮84% 填料箱采用双级密封结构,采用循环冲洗油系统保证高温介质不泄露。 冲洗油站:1套、带冲洗油箱、油冷却器及冲洗油泵 减 速 机:1台、 硬齿面减速机 、减速比11.2 变频电机:1台、400KW、4级、dⅡBT4、IP54、690V 变 频 器:1台、采用重载型恒转矩变频器 降压变频控制柜:1个、采用变压器将10KV电源变为690V以节省变频器成本 附件:出口缓冲器1台、安全阀1台 3.3 采用高速多级离心泵方案 由于煤焦油是高温、易燃介质,为确保安全及可靠性,按照API610标准规定,必需选择双壳体筒袋式多级离心泵,泵的级数最多不能超过10级。(API610第十版规定:在高温介质条件下,多级离心泵的最多级数不能超过10级,否则轴为绕性轴,建议不要采用) 为了保证额定流量60m3/h、扬程1882m保证性能参数,如果10级泵采用2级电机直接驱动,泵转速为2980r/min,泵的比转速只有ns=27.64,按照离心泵效率标准GB/T13007-91的规定,泵的效率最高只能达到42%,电机功率将到达800KW。由于单级扬程高,叶轮直径大,泵的体积将很大,泵成本很高。事实上,由于泵的比转速极低,叶片空间扭曲很大,这种叶轮根本就加工不出来;因此,只能采用增速机增速的方案。 按照离心泵转速与流量、扬程及功率的关系(转速倍数为i,流量关系为Qi=Q×i、扬程关系为Hi=H×i2、功率关系为Pi=P×i3),根据行业实际经验,转速增加1倍(已经是这种参数泵提高转速的最大限值),为获得较高效率,依然采用10级叶轮,则在2980r/min下,叶轮额定流量为30m3/h、扬程为47.05m、比转速为ns=55.27,按照离心泵效率标准GB/T13007-91的规定,泵的效率最高只能达到55%,电机功率至少选630KW,由于实际泵的效率不能超过50%,电机实际应选710KW。 最终选定泵组型号为SDZ60-190。 3.4方案配置及经济指标比较表 比较项目 高于往复泵 3D9-67/18.0-125S-R2N-IA 高速多级离心泵 SDZ60-190 经济指标 (万元) 泵组组成及成本 400KW防爆电机1台(690V),15万元710KW防爆电机1台(10KV),32万元 17 减速机1台(带润滑油系统),8万元增速机1台,10万元 2 往复泵1台(带润滑油系统),80万元BB5结构多级离心泵1台,95万元 15 密封冲洗油系统1套,5万元密封PLAN32+62系统1套,5万元 0 泵及增速机轴振动、轴位移监控1套,10万元 10 电机、增速机、泵轴承温度监控1套,5万元 5 润滑油站1套,25万元 25 高位油箱及进油三阀组1套,3万元 3 工艺系统配置及成本 降压变频控制柜1台,35万元高于动力控制柜(带降压启动),12万元 -23 带出口缓冲器1台、安全阀1台,2万元带最小流量控制阀1台,30万元 28 出口带截止阀1台、止回阀1台,2万元出口带 自动调节阀 1台、止回阀1台,18万元 16 无流量计在线检测流量计1台,5万元 5 PLAN32注入系统1套(需泵站及常温油) 20 公用工程 消耗 冲洗油系统消耗冷却水10m3/hPLAN32消耗常温油6m3/h 润滑油系统消耗冷却水3 m3/hPLAN62消耗冷却水10m3/h 润滑油站消耗冷却水30m3/h 电力消耗 主电机消耗400度电/小时 8000小时耗电320万度 主电机消耗710度电/小时 8000小时耗电568万度 248 每年备件消耗 大修周期3年,6万元大修周期1年,30万元 28 填料、柱塞寿命6000小时,3万元机封寿命8000小时,2万元 -1 阀、阀座寿命4000小时,6万元滑动轴承寿命8000小时,2万元 -4 推力轴承寿命8000小时,4万元 4 口环、轴套8000小时,10万元 10 总计 408 5.综述 在50万吨/年的煤焦油加氢装置中,由于进料泵等流量比较小,扬程比较高,如选用高速多级离心泵比转速低,效率低,与选用高压往复泵相比,运行费用要高得多,设备投资成本也较高,适合于选择高压往复泵。 如果煤焦油加氢装置产能继续增大,随着高压泵的流量增大(扬程不发生变化),选用高速多级离心泵的效率得以提高,在流量达到80m3/h后,高速多级离心泵逐渐显示出选用优势。 因此,选用高压往复泵与高速多级离心泵的关键是看需要的流量、增压压力(扬程)。 查看更多 2个回答 . 1人已关注
固定层间竭气化煤气炉工艺流程及设备改造? 固定层间竭气化煤气炉工艺流程及设备改造 赵乐群(安阳化学工业集团有限责任公司,河南安阳 455133) 2004-11-16 近年来,由于我国能源问题的特殊状况,煤气化产业得到迅速发展。煤气化技术中固定层间竭气化煤气炉,随着煤气炉机电仪一体化、吹风气回收、“三低一高”新操作法等技术的成熟,以及新设备、新材料的不断出现,老的工艺流程、老的煤气炉设备已明显不适应生产的发展。 1 旧工艺流程存在的问题 固定层间竭气化煤气炉的工艺流程大致分两种:一为φ3 600mm、φ3 000mm煤气炉所采用的“煤气炉—燃烧室— 废热锅炉 —洗气箱”流程,简称“中氮流程”;一为φ2 650mm煤气炉采用的“煤气炉—集尘器—水封— 余热锅炉 —洗气塔加吹风气集中回收”流程,简称“小氮流程”。 1.1 “ 中氮流程” 该流程设计的初衷是为了在吹风阶段加入二次风,在燃烧室把吹风气中的CO、H2、CH4潜热回收、部分显热蓄热。因此,燃烧室体积大,耐火砖用量大,一炉配置一台废热锅炉,自产蒸汽回收。整个流程复杂,设备、管道容积大,在煤气炉各个阶段都有残余气体存留在煤气炉的上部和下部,造成一定的能量消耗和浪费。 20 世纪80年代初,中氮厂陆续实行了焦改煤工艺,因块煤的热稳定性比焦炭差,煤气炉使用二次风,造成炉上温度偏高,煤的破碎率升高,煤耗升高,且工艺状 况差,等于用高价的块煤替代低价的粉煤生产蒸汽,显然经济上是不合理的。因此,许多厂家先后停用二次风,并且降低炉上温度操作,从600℃降至400℃以 下。停止使用二次风,燃烧室的作用就变成了除尘和蓄显热,特别是吹风气集中回收以后,若仍沿用老的“中氮流程”,将弊大于利,亟待改造。 1.2 “ 小氮流程” 该流程是在我国土生土长发展起来的,特别是在实现了吹风气回收以后,更加显示了其优越性。主要表现在以下几方面。 (1) 流程简单 上、下吹阶段残余蒸汽量少,蒸汽消耗降低,每个制气循环比“中氮流程”少浪费蒸汽50m3以上。 (2) 特别适用生产水煤气 水煤气中的CO2、N2等惰性气体含量比“中氮流程”低3%以上。 (3) 余热利用充分 吹风气集中回收,上、下行煤气集中余热回收。而“中氮流程”难以将下行煤气余热回收。 勿用置疑,目前我国固定层间竭气化煤气炉的“小氮流程”比“中氮流程”优点多。但并不意味着中氮厂可以不顾本厂的实际照搬“小氮流程”,盲目地把小氮流程 中的一部分拿到中氮流程中使用。应该记得几年前的教训。几年前,中氮厂学习小氮吹风气回收经验时,纷纷上了吹风气集中回收系统,吹风气取气位置照搬“小氮 流程”设在炉出口或燃烧室,结果造成两大问题:一是原流程中几十万元一台的废热锅炉长期处于低温下运行,腐蚀加快,火管很快出现泄漏;二是炉出口阀门因粉 尘冲刷和温度偏高无法长周期使用,内漏,造成了更大的浪费;三是安全操作法没有及时解决,造成多起爆炸事故。 有些企业在“中氮流程”改“小氮流程”中,简单地把原有的燃烧室内蓄热去掉,把上行煤气阀和吹风气回收阀移到炉出口,结果带来一系列如运行周期、安全、惰 性气含量等新问题,耗费了资金、人力、物力,却未达到预期的效果。因此,“中氮流程”改“小氮流程”,必须结合煤气炉的工况、特点,系统地设计。 2 “ 中氮流程”改“小氮流程”必须具备的条件 (1) 煤气炉出口温度必须降到400℃以下。如果是以焦炭为原料,出口温度500℃以上是不能改的。主要原因是相关阀门前移后,无法承受高温下的冲刷。 (2)“ 中氮流程”的煤气炉出口温度比“小氮流程”的煤气炉出口温度高,吹风流量大,冲刷相应严重。因此,工艺阀门均应放置在除尘器后,包括下行煤气阀。 (3) 除尘器的设计非常重要,要求除尘效率≥80%,体积≤50m3,下行煤气除尘器效率≥ 65%,体积≤15m3。 (4) 上下行煤气阀、吹风气回收阀、烟囱阀、放空阀等阀门必须是新材料并经特殊处理,可在 400℃的工况中连续运转200d以上。 (5) 工艺流程改变以后,必须按新的操作法和操作规程操作。安全设施必须相应跟上。 (6) 新的工艺流程要考虑系统惰性气置换的方案。 3 炉型选择 近年来关于煤气炉炉型的选择也出现了盲目现象。毫无疑问,φ2 400mm、φ2 650mm煤气炉的能耗低于φ3 000mm、φ3 200mm和φ3 600mm煤气炉,因此,许多企业就简单地认为,φ2 650 mm等小煤炉是优选炉型,这种观点是片面的。首先,φ2 650mm系列的煤气炉本身有优点,如高径比合理、排灰碴口足够大,利于强化生产,以及炉膛面积小,利于均匀气化等;但该炉系也存在缺点:设计制造不规 范,运行周期短,备品备件消耗量大,维修工作量大,工人劳动强度高等。 φ2650mm 煤气炉存在的问题及需进行改进的地方有以下几方面。 (1) 运行周期短。部分部件设计技术含量低,材质使用不合理。如:许多应为铸钢材料的部件为铸铁件,易磨损部件未选用特殊材料。此外,不规范设计的部位太多。 (2) 灰盘直径与炉膛直径不匹配,造成炉底受力不合理,磨损严重。同时,因排灰口“物料安息角”过大(>70%),只好用“假灰盘”来解决此问题。 (3) 入炉风压与入炉风速比失调。鼓风机压头越来越高,吹风风量越来越大,必然造成入炉风速越来越高,烧劣质原料困难越来越大。 (4) 夹套锅炉的设计严重违背 压力容器 基本要求。如:焊缝受剪切力,夹套锅炉容积与蒸发量严重失衡,夹套锅炉运行周期太短等问题。 上述诸多问题严重影响煤气炉的运转周期,使φ2 650mm煤气炉运转周期只有l a左右,平时故障率也偏高。而φ3 600mm和φ3 000mm的煤气炉运行周期可以达到2.5a。如果在设计制造中吸取φ3 600mm和φ3 000mm煤气炉的优点,保留φ2 650mm煤气炉的长处,改进其缺点,其运转周期可达到2.5a,虽然一次性投入增加,但节约了检修费用,延长了生产时间,总体上还是非常有效益的。 4 结 语 随着我国煤化工产业的发展,固定层煤气炉从工艺流程方面和设备方面都要进行较大的技术改造才能适应时代的要求,才能使企业在市场经济的浪潮中立于不败之地。 查看更多 0个回答 . 4人已关注
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简介
职业:上海平创化工科技有限公司 - 化工研发
学校:信阳师范学院 - 化学化工学院
地区:云南省
个人简介:师太你死了这条心吧,贫僧爱的是道长。查看更多
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