真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲,真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。
按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分为两种类型,即气体捕集泵和气体传输泵。其广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。
石化装置干式真空泵种类及选型设计注意事项
干式真空泵种类很多,应用于石化装置的真空泵主要是爪式和螺杆真空泵。以下对石化装置干式真空泵常见种类进行了简要分析,并给出了选型设计的注意事项。
一、石化装置干式真空泵常见种类
干式真空泵种类很多,根据基本原理可分为两类:一类是容积式真空泵,如爪式泵、罗茨泵、螺杆泵、往复式活塞干泵、隔膜泵和涡旋泵;另一类是动量传输式真空泵,如涡轮式真空泵。
不同类型的真空泵性能参数不同,适用的场合不同,比如无油隔膜泵主要在实验室使用。干式真空泵的性能比较见下表。
从表格可以看出,用于石化装置的干式真空泵主要是爪式真空泵和螺杆真空泵,另外由于罗茨泵在低压时压缩比较高,常常作为爪式真空泵的前级泵,组成罗茨爪式真空泵,用于压力相对较低、抽气量较大的装置中,与纯爪式真空泵相比,可有效提高在低压下的抽真空速率。
二、工程选型设计注意事项
根据干式真空泵的型式和技术特点,同时还应考虑工艺参数、使用寿命、设备维护是否方便、投资及运行成本等,对干式真空泵的选型设计应注意下列事项。
(一)工艺操作及运行参数
装置规模和工艺的差异,导致真空泵的参数也各不相同,这直接导致真空泵选型的差异。在设计选型时要特别注意泵抽速以及真空度的工艺要求,当抽速较大,真空度较高时,可选择螺杆真空泵或罗茨+爪式真空泵/螺杆真空泵。
(二)气体介质
当抽除具有腐蚀性气体、有毒气体或聚合物时,为了便于对泵进行吹扫,会在泵的入口设置氮气吹扫系统,当需要停泵检修时,先关闭泵入口阀门,打开泵入口处氮气吹扫系统,继续运行泵20~30min,待泵腔内吹扫干净后停泵。
干式真空泵根据转子的布置形式可分为立式和卧式,当泵送气体介质含有自聚物时,自聚物容易在转子表面结焦积碳,形成积碳化合物,若不能将这些积碳化合物及时排出,将导致转子损坏,而立式真空泵可及时有效地排出固体物质,因此对于含有自聚物的气体介质,应优先选择立式真空泵。
另外,在接近泵体出口端设置氮气吹扫,以降低泵出口处介质温度,防止自聚物发生结焦碳化;在泵入口设置清洗系统,当需要停泵检修时,先对泵进行氮气吹扫操作,吹扫完成后,降低泵的转速,通入清洗溶剂对泵腔清洗10~20min,清洗完成后,再次在泵入口通入氮气,将泵转速调整到正常转速,检查泵是否正常运转,吹扫完成后停泵,这样可有效清除泵内介质。
当抽除气体在泵出口冷凝变成液体工况,例如油气回收工艺,应将泵出口管设计成步步低,即泵排气管的位置低于排气口的位置,以防止冷凝的液体堆积在泵的出口,引起泵的振动和噪音。
(三)泵辅助设备选型设计
1.泵前过滤器
虽然干式真空泵(爪式和螺杆)能携带少量的液体和固体颗粒,但为延长泵的使用寿命,降低泵的故障率,泵的入口应设置过滤器,以除去介质中固体颗粒和液体。
一般采用真空缓冲罐或旋液分离器除去液相介质。采用网状过滤器分离固体杂质效果较好。应根据具体工况设计过滤网目数,过滤网目数过大会导致压力损失增大,造价高,一般干式螺杆真空泵前置过滤器目数适宜在30~40目。
2.冷却系统
干式真空泵在工作时,泵内气体介质一直处于压缩过程,随着气体介质不断被压缩,介质的温度会不断升高,如果泵的冷却系统出现故障(比如堵塞)会导致泵的转子发生变形以及介质发生结焦,最终会导致泵卡死。因此泵的冷却系统必须设置冷却水过滤器、温控阀以及流量视镜。
通过过滤器可有效过滤冷却水的杂质,防止杂质进入换热器发生堵塞;通过温控阀可根据泵体温度调节冷却水流量,从而可有效防止泵体温度过高;通过流量视镜观察冷却水回流量,可在现场判断冷却水管路是否发生堵塞。泵体和冷却器应设排净阀,以便于定期对冷却系统进行清洗,避免冷却系统发生堵塞。
3.管路系统
泵的出口一般设置出口止回阀,以防止因泵出现故障,导致气体倒吸回上游管路系统对上游系统造成污染。
泵的轴封处一般也会设置氮气吹扫,主要目的是防止齿轮箱的润滑油进入泵内污染气体介质,也可防止气体介质从轴封处外漏。
对于易燃易爆气体介质,泵的进出应设置阻火器。如果工艺对泵出口气体温度没有特殊要求,一般在泵出口设置后冷却器以降低气体温度。
4.监测仪表
真空泵应至少在泵体、真空泵出口以及后冷却器出口处设置温度变送器,以监测泵体温度、泵出口气体介质温度以及后冷却器出口处气体介质温度是否满足工艺设计要求。
泵的入口和出口应设置压力变送器,以监测泵入口和出口压力是否满足工艺设计要求。如果在运行过程中发生报警,应及时对泵的冷却系统和管路系统进行检查,以避免泵的转子发生损坏。