摘要
干式真空獲得技術(shù)因其清潔真空、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)逐漸在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文就爪形干式無(wú)油真空泵在芳烴抽提裝置中替代蒸汽噴射泵的節(jié)能環(huán)保效益進(jìn)行對(duì)比分析，得出爪形干式無(wú)油真空泵在替代濕式法真空獲得設(shè)備的應(yīng)用中具有顯著的節(jié)能環(huán)保效果，投資回收期短，并能為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有普遍的推廣意義。
關(guān)鍵詞：爪式干泵芳烴抽提節(jié)能環(huán)保
前言
在芳烴抽提裝置中，主要以蒸汽噴射泵為真空獲得設(shè)備。在噴射泵中主要以水蒸汽作為動(dòng)力介質(zhì)。在絕大部分工業(yè)中，水蒸汽作為基本的能量被大量地生產(chǎn)，容易獲得。相對(duì)于其它濕式真空泵，水蒸汽噴射泵是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。但蒸汽噴射泵的蒸汽消耗量大，被抽溶劑和氣液混合物不能直接回收利用，且產(chǎn)生大量廢水對(duì)環(huán)境造成污染，運(yùn)行成本仍然較高。爪形干式無(wú)油真空泵（以下簡(jiǎn)稱爪式泵）是一種新型環(huán)保真空獲得設(shè)備，其過(guò)流部分沒(méi)有任何有機(jī)介質(zhì)，在給用戶提供清潔真空環(huán)境的同時(shí)，可抽除大量的可凝性氣體，實(shí)現(xiàn)氣液分離、回收利用和節(jié)能環(huán)保。在山東齊旺達(dá)集團(tuán)10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中一年多的應(yīng)用實(shí)踐表明，爪式泵不但可以提高系統(tǒng)真空度，其*的壓縮冷凝功能可直接回收氣液混合物中的產(chǎn)成品，剩余氣體能直排大氣，能耗低，沒(méi)有廢水排放。實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保，降低了運(yùn)行費(fèi)用，為企業(yè)增加了更多的利潤(rùn)。
蒸汽噴射泵在10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中的能耗分析
1、工藝流程（如圖1）
t-103芳烴塔組分經(jīng)過(guò)e-11/b水冷器冷卻后進(jìn)入v-104芳烴塔回流罐，在此經(jīng)過(guò)氣液分離、油水分離，分離后液相組分經(jīng)泵打出直接進(jìn)入后續(xù)t-104苯塔系統(tǒng)生產(chǎn)裝置主要產(chǎn)品苯、甲苯。氣相組分經(jīng)過(guò)v-104芳烴塔回流罐氣相線水冷器冷卻后進(jìn)入蒸汽噴射泵入口。油水混合物經(jīng)分離后，物料進(jìn)入原料罐，廢水送污水處理廠。
系統(tǒng)中，蒸汽噴射泵能抽真空到70kpa，加熱器的加熱溫度為175℃。
2、能耗分析
蒸汽用量：約337.5公斤/小時(shí)，蒸汽費(fèi)200元/噸。年消耗蒸汽量約2700噸，產(chǎn)生蒸汽費(fèi)約54萬(wàn)元。
污水處理：年排放污水約2700噸，污水處理費(fèi)為15元/噸。年污水處理費(fèi)為4.05萬(wàn)元。
用水量：每小時(shí)用水3.29噸，水費(fèi)4元/噸。年用水量約26280噸，折合水費(fèi)為10.5萬(wàn)元。
年綜合能耗為68.55萬(wàn)元。
3、物料回收
采用蒸汽噴射泵的系統(tǒng)，物料回收只能通過(guò)放空系統(tǒng)冷卻返回原料罐，回收物料作為原料使用進(jìn)入下次生產(chǎn)循環(huán)。
10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中，每小時(shí)進(jìn)料為15噸，回收原料61.6公斤。年回收原料約為493噸，折合人民幣約為242萬(wàn)元。
二、爪式泵在在10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中的能耗分析
1、爪式泵選型要求
（1）節(jié)能降耗。
（2）滿足系統(tǒng)對(duì)真空度的要求。
（3）有較強(qiáng)的抽除可凝性氣體的能力，并能直接回收液相芳烴。
（4）安裝調(diào)試、后期維護(hù)方便，占地面積較小。
2、爪式泵的選型參數(shù)（表1）及功能特點(diǎn)
參數(shù)
型號(hào)gz-150dy1
極限真空（pa）≤50
抽氣速率（l/s）150
滿載功率（kw）22
輸入電壓（v）380
冷卻水流量（m3/h）0.7
經(jīng)充分分析比較后，決定采用立式聯(lián)排結(jié)構(gòu)的爪式泵，型號(hào)為gz-150dy1型，極限壓力小于50pa，抽氣速率為150l/s。
立式聯(lián)排結(jié)構(gòu)爪式泵的轉(zhuǎn)子軸及電機(jī)并排豎直安裝，進(jìn)氣口在泵上面，排氣口在泵下部泵體由循環(huán)水冷卻。四對(duì)轉(zhuǎn)子裝在二根平行軸上，電動(dòng)機(jī)倒立安裝，經(jīng)過(guò)渡齒輪將動(dòng)力傳遞到轉(zhuǎn)子軸上。泵腔級(jí)與級(jí)之間有隔板，隔板上有級(jí)間氣體通道。氣體的進(jìn)氣口和排氣口均開(kāi)在隔板端面上，分別由兩個(gè)轉(zhuǎn)子端面定時(shí)開(kāi)閉。當(dāng)泵腔的一部分正在壓縮氣體和排氣時(shí)，另一部分則打開(kāi)入口，吸入氣體。每一級(jí)都是氣體入口在上，出口在下，便于壓縮冷凝的液體或粉塵微粒正常排出。[1]
立式聯(lián)排爪式泵具有連續(xù)不間斷自動(dòng)排液功能，且能抽除含有灰塵和帶有懸浮微粒的氣體，而且軸向返流小。且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，重心低，振動(dòng)小，安裝調(diào)試和后期維護(hù)方便。
3、工藝流程（圖2）
t-103芳烴塔組分經(jīng)過(guò)e-11/b水冷器冷卻后進(jìn)入v-104芳烴塔回流罐，在此經(jīng)過(guò)氣液分離、油水分離，分離后液相組分經(jīng)泵打出直接進(jìn)入后續(xù)t-104苯塔系統(tǒng)生產(chǎn)裝置主要產(chǎn)品苯、甲苯。氣相組分經(jīng)過(guò)v-104芳烴塔回流罐氣相線水冷器冷卻后進(jìn)入爪式泵入口。爪式泵在變頻控制下將系統(tǒng)壓力控制在40kpa（原蒸汽噴射泵只能抽至70kpa）。爪式泵在變頻控制下負(fù)荷操作彈性較大，*可以滿足超負(fù)荷生產(chǎn)要求。
爪式泵抽出的液相芳烴（純度99%以上）則由調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)控制進(jìn)入v-104芳烴回流罐從而完成芳烴組分回收，不凝氣由調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)氣相線進(jìn)入放空系統(tǒng)。
系統(tǒng)真空度為40kpa，加熱器的加熱溫度為165℃。
（圖2）采用爪式泵的工藝流程
4、能耗分析
用電量：爪式泵正常使用60%左右負(fù)荷，每小時(shí)耗電約14.38千瓦，電費(fèi)0.6元/kw/h。年耗電量約115000kw/h，折合電費(fèi)為6.9萬(wàn)元。
用水量：每小時(shí)用水量約1噸，水費(fèi)4元/噸。年用水量約8760噸，折合水費(fèi)為3.5萬(wàn)元。
年綜合能耗為10.4萬(wàn)元。
5、物料回收
采用爪式泵后，系統(tǒng)可直接回收純度為99%的液相芳烴。每小時(shí)進(jìn)料約15噸，回收芳烴68.4公斤。年回收量約547噸，折合人民幣約為331萬(wàn)元。
三、經(jīng)濟(jì)效益
運(yùn)行能耗費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)效益比較（表2）
10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中蒸汽噴射泵與爪式泵年運(yùn)行費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)效益比較
項(xiàng)目單位蒸汽噴射泵爪式泵
購(gòu)置費(fèi)及運(yùn)行
能耗費(fèi)比較
購(gòu)置費(fèi)萬(wàn)元550
耗蒸汽量噸/年27000
蒸汽費(fèi)（成本200元/噸）萬(wàn)元540
耗電量kw/h/年0115000
電費(fèi)（*.6元/kw/h）萬(wàn)元06.9
循環(huán)冷卻水量噸/年262808760
水費(fèi)（成本4元/噸）萬(wàn)元10.53.5
污水處理量噸/年27000
污水處理費(fèi)（成本15元/噸）萬(wàn)元4.050
總運(yùn)行費(fèi)用萬(wàn)元68.5510.4
節(jié)約費(fèi)用對(duì)比萬(wàn)元058.15
節(jié)約率%084.8%
節(jié)約費(fèi)用計(jì)算投資回收期10.3個(gè)月
回收物料比較
溶劑/氣液混合物回收量噸/年492.5（原料）547（芳烴）
溶劑/氣液混合物市場(chǎng)價(jià)萬(wàn)元242（市價(jià)4900元/噸）331（市價(jià)6050元/噸）
回收率比較%100%137%
多回收物料價(jià)值萬(wàn)元089
節(jié)約費(fèi)用和多回收物料價(jià)值總和萬(wàn)元0147.15
綜合計(jì)算投資回收期4.1個(gè)月
結(jié)論
相對(duì)于蒸汽噴射泵，一年可增效147.15萬(wàn)元/年。
通過(guò)上表分析可知，在10萬(wàn)噸芳烴抽提裝置中，用爪式泵替代蒸汽噴射泵，僅運(yùn)行費(fèi)用一年可減少58.15萬(wàn)元，且沒(méi)有污水排放，不但節(jié)能，而且環(huán)保。
爪式泵替代蒸汽噴射泵后，能直接回收價(jià)值331萬(wàn)元的液相芳烴，能幫企業(yè)多創(chuàng)造89萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，收益可觀。
另外，還提高了系統(tǒng)真空度（由原來(lái)的70kpa提高至40kpa），而且降低了加熱器的加熱溫度（由原來(lái)的175℃降低為165℃）。
雖然爪式泵的初始采購(gòu)成本較高，但通過(guò)節(jié)能收益和回收物料收益，僅4個(gè)多月就可收回成本。
四、爪式泵的結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)
1、爪式泵的工作原理
爪形干式無(wú)油真空泵因轉(zhuǎn)子形狀為爪形（圖3）而稱爪泵；過(guò)流部分不使用任何油類等液體潤(rùn)滑劑做密封，采用間隙密封。按工作原理劃分，屬于變?nèi)莞墒綑C(jī)械真空泵。
泵在結(jié)構(gòu)上采用單級(jí)或多級(jí)轉(zhuǎn)子串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式；過(guò)流部分無(wú)任何實(shí)質(zhì)性接觸摩擦，轉(zhuǎn)子懸浮于泵腔內(nèi)做同步反方向運(yùn)動(dòng)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定的保持極限真空、抽速、壓縮比不變，連續(xù)工作，使用壽命長(zhǎng)，可常壓下啟動(dòng)。
圖4是爪式泵變?nèi)輭嚎s做功完成真空獲得的過(guò)程。1、轉(zhuǎn)子對(duì)在初始位置，吸氣腔的容積較小，吸氣口接通。轉(zhuǎn)子對(duì)開(kāi)始反向運(yùn)轉(zhuǎn)，吸氣腔容積逐漸增加；排氣腔則不斷縮小。2、隨著轉(zhuǎn)子對(duì)的運(yùn)轉(zhuǎn)，吸氣腔容積增大，吸入的氣體也越來(lái)越多。排氣腔不斷縮小，和排氣口剛好接通，開(kāi)始排氣。3、轉(zhuǎn)子對(duì)的運(yùn)轉(zhuǎn)使排氣腔變小，氣體得zui大限度壓縮。吸氣腔已變得zui大，吸氣快結(jié)束。
4、吸氣腔和排氣腔合為一體，真空室不吸氣也不排氣；進(jìn)、排氣口都自行關(guān)閉。[2]
爪式泵爪泵將所抽除氣體經(jīng)過(guò)泵內(nèi)的多級(jí)（一般為4級(jí)）壓縮后，排出氣體，使泵內(nèi)及所抽容器獲得真空。排空路徑（氣道）流程如圖5.
進(jìn)氣
排氣
（圖5）排空路徑圖
氣體經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入一級(jí)工作腔，通過(guò)轉(zhuǎn)子變?nèi)輭嚎s做功壓入二級(jí)工作腔，各級(jí)工作腔依次類推重復(fù)一級(jí)工作腔的工作，氣體由排氣口排出泵外，來(lái)完成抽真空的目的。
2、爪式泵的性能特點(diǎn)：
（1）轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)懸浮、無(wú)任何接觸性摩擦、腔內(nèi)沒(méi)有任何潤(rùn)滑油和有機(jī)介質(zhì)，運(yùn)行維護(hù)成本極低；
（2）常壓?jiǎn)?dòng)，可直排大氣獨(dú)立工作，也可以和羅茨真空泵及分子泵組成無(wú)油泵機(jī)組；
（3）清潔抽空，對(duì)被抽容器和環(huán)境均無(wú)污染；
（4）具有*的抽除可凝性氣體的能力，包括純?nèi)軇怏w，能夠做到氣液分離，精細(xì)化分流，且能重復(fù)回收使用；
（5）可真正實(shí)現(xiàn)大量排液；且可在實(shí)際工作中，邊正常工作邊排液；
（6）可根據(jù)用戶負(fù)載情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，更有效地節(jié)省能源；
（7）變頻調(diào)速控制，柔性啟動(dòng)，整機(jī)沖擊小，使用壽命長(zhǎng)。且整機(jī)過(guò)載保護(hù)，具有故障自動(dòng)保護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)破壞性損壞；可與dcs系統(tǒng)方便對(duì)接通訊。
（8）可以長(zhǎng)期抽大氣，改變了進(jìn)口干泵zui大入口壓力限制；
（9）爪式泵泵具有免拆泵清洗功能，在使用過(guò)程中如有大量的液體、粉塵或粘稠物等異物后，可以在不拆泵的情況下，半小時(shí)內(nèi)對(duì)泵內(nèi)部全部清洗并恢復(fù)到出廠水平，工作狀態(tài)穩(wěn)定。
3、爪式泵的應(yīng)用范圍
爪式泵主要用于獲得無(wú)油真空并且可靠性要求很高的真空環(huán)境。廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、電子、化工、生物制藥、冶金、特殊氣體制造等行業(yè)，適用于真空蒸餾、分子蒸餾、真空鍍膜、無(wú)泄露氣體傳輸、真空制備材料等工藝，在普通大氣、富含水蒸氣、酒精、汽油等特殊應(yīng)用環(huán)境都可工作。清潔抽空，并可抽除含有可凝性氣體及一定量粉塵氣體的真空環(huán)境。使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，維護(hù)成本低。爪式泵還可以和羅茨泵或分子泵組成無(wú)油中真空及無(wú)油高真空機(jī)組。
五、結(jié)論
干式法真空獲得技術(shù)替代濕式發(fā)真空獲得技術(shù)是發(fā)展趨勢(shì)，21世紀(jì)將是干式泵的世紀(jì)。【3】在芳烴抽提裝置中，應(yīng)用蒸汽噴射泵的高能耗、高排污費(fèi)用增加了企業(yè)成本，降低了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。用爪式泵替代蒸汽噴射泵，不但符合國(guó)家政策方向，而且節(jié)能環(huán)保，更能為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
在石化生產(chǎn)中，目前采用的真空獲得設(shè)備大多數(shù)都是高耗能和高污染的，且生產(chǎn)過(guò)程中的溶劑和物料不能得到很好的回收利用。本文雖然僅對(duì)芳烴抽提裝置中爪式泵的節(jié)能環(huán)保和物料直接回收利用的作用進(jìn)行了分析，但所得結(jié)果在石油化工行業(yè)具有普遍的推廣價(jià)值和意義。