通过冷料回流消除离心泵的气缚现象

        ------通过冷料回流消除离心泵的气缚现象
                                  作者：王拾兵，2021.02.02
        今天跟大家分享一则化工行业关于解决离心泵气缚现象的小案例，与广大同行共同学习交流。文末奉上一张示意图，以便阅读理解。为了让更多的人能够看懂，文中写入了很多的名词解释和行业常识，显得十分啰嗦，望见谅。

什么是气缚现象？        
        干化工的人对肯定都遇到过离心泵的气缚现象，（气缚现象，俗称“泵不上量”，是指离心泵启动时，泵腔内存有空气，由于空气的密度相对于所输送的液体是很低的，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区域所形成的低压不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为离心泵的气缚现象。说的通俗一点就是：泵腔内有气体、或者是流体在泵腔内发生汽化，气体束缚了机泵，使其不能完成对流体的输送任务）

气缚现象的解决方法：
　　大家都知道，消除气缚现象的办法也很简单，启泵之前先排气，将空气排净即可。可是如果是因为流体汽化导致的气缚现象该如何解决呢？很不幸，这个问题被我们碰到了，由于工艺方面的原因，不能提高机泵的背压(案例中的容器不是压力容器，对工作压力有限制)。

我们的装置介绍：
　　我们的生产装置里面有一个用碱液洗涤酸性油气的碱洗塔，在塔里面，凉的碱液（约30℃）自塔顶淋下，与自下而上的热油气逆向接触，两者发生酸碱中和反应并交换热量，在这个过程中，一部分油气冷凝下来，随着碱液一起流入塔釜（塔的底部），到达塔釜的时候碱液的温度大约会升高到70℃左右，然后由塔釜泵输送到一个循环水的换热器进行降温冷却，之后进入油水分层罐进行油水分离，下层的碱液通过碱液回流泵再打回碱洗塔顶部喷淋而下，循环使用；分离罐上层的油相自顶部溢流出去，进行回收。该装置有塔釜泵一台，回流泵一台，还有一台塔釜和回流共用的备用泵。回流泵的流量叫做回流量，也就是我在文中所说碱液的循环量，有流量计可以观察，塔釜泵的流量是碱液循环量和溶剂油含量的总和，没有具体的数据。

我们遇到的问题：
　　由于从碱洗塔塔釜采出的物料温度高，且含有易挥发的溶剂油（主要是正己烷，沸点66℃左右），导致塔釜泵容易发生气缚现象。我们有三条生产线，以前开两条生产线的时候，由于塔釜碱液内溶剂油的含量相对较少，塔釜泵出现“不上量”的次数不多，主要是泵入口过滤器堵塞造成的；近两年一直都是三条生产线满负荷生产，塔釜碱液内溶剂油的含量比之前多了50%，塔釜泵经常出现“不上量”的情况，为维持生产，我们开启了两台塔釜泵，并且把泵出口阀门关小，以避免机泵“不上量”。这样做有两个弊端：①同时运行两台泵，增加了电能的消耗，②第二台泵为塔釜和塔顶回流共用的备用泵，不适合长时间被占用。   
　　即便是启动两台塔釜泵，偶尔还是会出现“泵不上量”的情况。清理泵前过滤器、降低碱液循环量、机泵外壳淋水降温等方法都试过了，收效甚微。这种情况困扰了我们很长时间，最严重的时候，我们将碱液的循环量降到了4t/h，两台塔釜泵的出口阀门全部关的很小，勉强维持循环（正常的循环量为17t/h）。

我们做的第一个实验：
        在一次处理问题的过程中，我们发现，当两台塔釜泵同时运行的时候，发生气缚现象时总是两台塔釜泵同时“不上量”，因为两台塔釜泵的入口管线共用一个出料口，所以我们怀疑是塔釜里面有固态物体，堵了塔釜出料口。
        针对这一猜测，我们在塔釜泵入口导淋处接了一根水管，通过注水反向冲洗塔釜的出料管线及出料口，当时效果很好，使用一台塔釜泵就能满足需求，但是不能持久，大约坚持了五六个小时。这样反复的处理了几次居然就恢复正常了。有了这次经历，我们坚定地认为：塔釜里面有固态物体堵了出料口，等停车检修的时候清理一下就行了。（这样的判断误导了我们很长时间）

心中的忧虑
        到了年底，我开始有点担心之前做出的判断，因为我们的装置已经连续运行了八九个月，新一年的检修计划已经提上了日程，假如明年检修的时候发现塔釜里面什么也没有，出料口也没堵塞，我们该怎么解决“泵不上量”的问题？（没做过化工的人可能不理解我们忧虑，化工行业属于危险系数非常高的特殊行业，大多数的改造项目只能在停车状态下进行，但是装置的开停车是一件成本非常高的事情，所以我们很多的改造计划只能等到停车检修的时候才能去完成，错过了就要再等一年）

第二次实验
        有了忧虑之后，我们对塔釜泵的问题重新做了一次梳理：塔釜泵的额定流量为34m/h，前几年碱液循环量17t/h的时候，用一台泵就可以满足生产需要，现在开启了两台塔釜泵，气缚现象最严重的那一次，碱液的循环量却要被迫降低到4t/h，这是为什么？机泵没有问题，假如塔釜出料管线也没有问题，那就是物料的问题。物料的问题也很清晰，前面已经做了介绍：塔釜采出的物料中含有易汽化易挥发的溶剂油，容易导致机泵“不上量”；当碱液的循环量不变时，生产负荷越大则溶剂油的含量也越多。难道仅仅只是因为易挥发组分太多，从而限制了机泵的正常发挥？有了这样的猜测之后，自然就会想出应对的措施，我们从中选择了一个最简便易行的方案进行试验：连接了一根临时管线，从碱洗塔回流管线上引出少量冷却后的碱液(约3t/h），输送至碱洗塔塔釜的出料管线上，与塔釜采出的釜液进行混合，以降低塔釜采出物料的温度和溶剂油含量，希望此举能消除机泵的“气缚”现象。
        实验的结果非常理想：只用一台塔釜泵就能满足生产需要，而且，泵出口阀门全开之后泵压依然坚挺，压力从0.25Mpa涨到了0.4Mpa，碱液的循环量提升到17t/h ，观察了一个星期未出现气缚现象。

重新做出判断，并制定改造计划
        有了第二次的实验结果之后，我们基本上否决了之前的判断，道理很简单，如果真的是出料口堵了，在七天的观察期内，有很大的概率会再次堵塞，可是观察期内并没有发生，说明之前的判断很有可能是错误的。根据新的实验数据，我们计划在下次停车检修的时候增加一条DN25的不锈钢管线，长度约2米左右，并附带闸阀一枚用来控制流量。通过该管线，从碱洗塔回流管线上引出少量冷却后的碱液(约3t/h），依靠回流泵提供的压差送至碱洗塔塔釜的出料管线上，与塔釜采出的釜液进行混合。

预期效果分析
        这条管线投用之后：
1，通过冷料回流带来的降温和稀释作用可以弥补塔釜泵在选型方面的不足，消除机泵的“气缚”现象，使其输送能力得到正常的发挥。
2，可以停掉备用塔釜泵，使该泵处于真正的备用状态，以备不时之需。
3，停掉备用塔釜泵每年至少可节省1.5万度电：该泵的配套功率5.5KW，效率62%，按照该机泵不做有用功进行计算，每年运行7200小时（300天），省电量为：5.5KW*38%*7200h=15048Kw*h。（没有办法涉事的机泵是一台小泵，省下来的电量确实有点少，这么好的改造建议用在这台小泵上面，确实有种牛刀宰鸡的遗憾）

留个悬念
        也许有人要提出疑问了：既然通过冷的碱液回流可以解决塔釜泵的气缚问题，为什么还要新增一条管线，直接提高塔顶的碱液循环量不行吗？答案如下：本人知道答案，但是暂不回答，留作悬念，如有兴趣可以私下交流。

结束语
        在这个案例当中，我们只用了一条小小的管线就解决了生产当中所遇到的“大难题”，这件事情看似偶然，其实也有他的必然性，我相信这件事的背后，跟我们十几年的努力自学与刻苦钻研是分不开的。所以，奉劝大家一句，技多不压身，学习无止境，千万不要安于现状故步自封。


                              作者：王拾兵，2021.02.02





以下的文字可以忽略
        谨以此文献给自己过去的十五年青春和对这个行业的执着与坚持。这些年以来，凭着个人的喜好，执着的在这个行业里坚持了十五年，从当初十九岁的毛头小子，到现在一事无成的邋遢大叔，常年的孤身在外，远离家乡，年龄和外表的变化都是次要的，心中对父母和爱人的愧疚一直无以弥补，所以花了三天时间写成这篇文章，以此向他们证明，我也并非毫无成绩。文章写的很通俗，就是为了让我爱人能够看懂。其实她是一个理解能力非常强的女孩，一直都是：她已看懂，我还是怕她看不懂。
        假如有一天，我为了家庭离开这个行业，我相信，有此文在，足以证明我曾来过。

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