毕锦明（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦578101）

中国石化海南炼油化工有限公司（下称海南炼化）在2006年9月建成投产的120万吨/年加氢裂化装置，其热高压分离器内部压力为14.3MPa，温度为245℃。为了将反应产物从热高压分离器到热低压分离器的能量回收，减少装置的能源浪费，反应进料泵采用了液力透平和电机共同驱动的方案。在额定工况下，液力透平所节约能耗约为电机功耗的1/4，节能效果显著。

1 液力透平的工作原理及应用

透平是将流体工质中蕴含的能量转换成机械能的机器，又称涡轮或涡轮机。透平机械的工质可以是气体，也可以是液体。以液体为工质的透平称为液力透平。石化企业如炼油厂的装置中，只要存在高压差并含有一定流量的工艺过程，基本上都可以采用液力透平回收功率，诸如：高压管线回流到低压储罐的侧线可以设置液力透平回收能量。加氢裂化、渣油加氢、加氢精制装置高压分离器的物流至低压分离器过程，就可以设置液力透平回收功率，并和电动机联合驱动进料泵。

2 液力透平的结构特点

液力透平的主要技术参数和反应进料泵组的布置方式分别见表1和图1。

表1 液力透平的主要技术参数

图1 泵组的布置方式

2.1 泵组的布置方式

海南炼化120 万吨/年加氢裂化装置反应进料泵主要包括反应进料泵、电机和液力透平。其中电机按额定功率选用，在电机和液力透平之间布置有超速离合器（见图1），这样保证了在液力透平没有投用或维修时，不影响反应进料泵的正常运行。液力透平和反应进料泵分别位于电机的两侧端。采用这种布置方式有以下优点：

（1）检修和维护非常方便，尤其是抽芯作业；

（2）液力透平为低转速透平，工作转速为2980rpm，有利于机械密封的安稳长运行。

2.2 液力透平的结构

海南炼化加氢裂化装置采用筒形多级液力透平，API610 BB5结构。内壳体为水平剖分结构，外壳体为径向剖分的筒形结构，并且外壳体上只设有进口、出口和平衡管线。内壳体承受中间段出口压力和总的出口压力的差压，外壳体承受出口与外部的差压。其结构特点是：

（1）装有多级转子的内壳体采用水平剖分的双蜗壳结构设计，这样就可以使叶轮背靠背布置，能够平衡自身的轴向力。而且当液力透平检修维护时，其拆装较为方便，整个转子可以一起装入或取出，所有工况下能保证动平衡精度。

（2）叶轮、轴等部件组成液力透平的转子，其可以直接作为一个整体装入或取出筒体，这对于现场的检修维护，动静配合间隙的检测等都非常方便。

2.3 液力透平的机械密封

液力透平的介质为热高分油，其压力大、温度高、而且较脏，机械密封在这种工况下运行时寿命较短。为了延长机械密封使用寿命，液力透平采用了API682标准中的Plan53B+Plan62密封冲洗方案，Plan53B 方案为外部的管道系统为双端面密封外侧密封提供隔离液，预先加压的气囊式蓄能器为循环系统提供压力，隔离液由密封处泵送环提供循环动力，能有效防止介质的泄漏。Plan62方案为外部管道为密封面提供吹扫蒸汽，用于冲走密封端面附近不想要的物质（如腐蚀性或含盐工况）。

3 液力透平的原则流程、热高分液位控制及安全联锁系统

3.1 液力透平的原则流程

压力为14.2MPa的热高分油，需要从热高分底部流出，热高分油进入液力透平后将大部分压力能转化为旋转机械能后降压为2.4MPa，再从液力透平出口进入热低分。同时热高分油也可以通过设置在流程上的两个高压角阀直接进入热低分。

3.2 热高分液位控制

热高分（D103）液位控制示意图见图2。热高分共设有三套液位指示表，其中1401LI1201 可以作为液位控制表选择，1401LI1202 和1401LI1203 作为联锁信号表选择。用一个液位信号选择器从1401LHS1201 和1401FHS1201 中选择一个表作为控制信号，通过1401LU1201 把输出信号经阀门选择器1401LHS1201 或 1401FHS1201 送 到 阀 门 1401LV1201A、1401LV1201B 或1401FV1202 上，来调节热高分的液位。在液力透平事故状态下，可以手动或者自动切换到1401LV1201A、1401LV1201B，继续控制热高分的液位在平稳状态。两个液控阀门正常投用一个，另外一个作为备用。当液力透平投用时，1401FV1202 应给手动，避免进料泵波动较大。下图为热高分液位控制图：

3.3 安全联锁系统

为了保证液力透平安全平稳的运行，在液力透平本身和系统设置了安全联锁系统，设置和功能如下：

（1）当热高分液位达到低低（10%）联锁时，自动关闭液力透平入口切断阀及热高分出口切断阀，在热高分液位未正常时，不允许再启动液力透平；

（2）当反应进料泵停泵时，自动关闭液力透平入口切断阀，液力透平停运；

（3）中控室按下关液力透平入口切断阀按钮，液力透平入口切断阀自动关闭，液力透平停运；

（4）液力透平超速达到3100rpm时，超速离合器自动脱离，同时自动关闭液力透平入口切断阀，液力透平停运；

（5）当循环氢压缩机停机时，自动关闭液力透平入口切断阀，液力透平停运；

4 液力透平的节能效果

液力透平的功率计算公式：NR=（Qt·Ht·ρ·η）/（102·3600）

式中：NR—液力透平在设计条件下每小时所能回收的功率，kW；Qt—进入液力透平的流量，m3/h；Ht—通过液力透平的扬程降，m；ρ—液体的密度，kg/m3；η—液力透平的效率，%。

本装置一共有两台反应进料泵，一台由液力透平和电机共同驱动，另一台只由电机驱动。两者每年运行时间都按8000h，当地工业电费0.6元/度。只由电机驱动的反应进料泵，轴功率1889kW，其电耗为1.5×107kW/h，一年电费约900万元。

根据表1可知液力透平在设计条件下每小时所能回收的功率NR为627.8kW，其节省电为5×106kW/h，一年节省电费约300万元。

综上所述，液力透平的投用对装置节能降耗、减少生产运营成本有显著的效果。

5 结语

液力透平是一种具有长远经济效益的节能设备，其安稳长运行对降低装置综合能耗具有重要作用。海南炼化加氢裂化装置反应进料泵采用液力透平和电机共同驱动后，节能效果显著，为装置的长周期运营降低了成本。但是，也有一些问题在液力透平的实际使用过程中出现，如机械密封泄漏等。这就需要后续不断地研究解决，从而实现液力透平的长期稳定运行。