水环式真空泵在环烷酸装置中的应用

环烷酸装置的核心设备之一是真空泵，它的作用是：从反应器—减压蒸馏釜或密闭容器接收罐中抽除空气或其他气体，拔出中性油的高纯度环烷酸。

2009年以前，环烷酸装置使用上海真空泵厂的W5-1型往复活塞式真空泵。它的最大优点就是极限真空度高，最高可达0.100Mpa。但在使用中也存在一些弊端：（1）振动大、噪音高，达95dB以上；（2）油耗高，单泵油耗1kg/h；（3）维修工作量大，每台泵运行一周就需清焦一次；（4）配件消耗量大，3台真空泵每年需消耗进出口阀总成60套，拉杆、活塞和轴承各1套，配件费用约4500元/台年。（5）夏天汽缸运行温度高达140℃以上，需喷淋降温，新鲜水浪费大。

针对该设备使用中存在的缺陷，2009年5月将1台W5-1型往复活塞式真空泵更换为水环式真空泵，并进行了相应的改进措施。

1 水环式真空泵的技术指标

水环式真空泵为2BE1 202型，纳西姆工业有限公司（nash-elmo）生产的单级液环设备，主要用于抽输低于大气压的气体。由偏心叶轮、吸入室、填料箱、分离器、泵体、泵座、对轮和泵体端盖等部件组成。

水环式真空泵的主要参数：真空度0.096Mpa；排气量770m³/min；功率22kw；转速1420r/min。

该水环式真空泵的结构特点：（1）结构简单、紧凑。只有一个转动件（偏心叶轮），且没有金属间的直接摩擦，平圆盘式设计避免了磨损。其转子是所有液环泵中最坚固的。叶轮铸件上的叶片短而坚固，并由环形加强筋和全长锥形轮毂进一步加强。叶轮与轴之间采用紧配合安装。（2）可靠性高，维修简便。对泵的维护可迅速、方便地完成。可尽量减少停机时间。所有日常维修都可在现场用简单的手动工具进行。泵的解体和重新组装简便易行。轴套和轴封拆卸方便，可以在不拆开泵体的情况下，取出轴套进行更换真空泵的填料密封，配有水分配环，以利于内部和外部的密封液对填料进行有效的冲洗。（3）具有自吸功能，便于操作，避免了频繁的加润滑油、开循环水调温等工作。（4）运行平稳，噪音低，通常在65-75dB之间。（5）100%无油设计，保护环境。该机既不需要加润滑油，又不需要加水降温，工作液在内循环过程中可带走大量热量。（6）运行成本低。配件消耗量明显减少，润滑油消耗量为零。（7）独特的排气阀设计。该泵采用了柔性排气阀设计，通过自动调节排气面积降低能量消耗，以实现最佳运行效率。

2 水环式真空泵使用中的问题

该真空泵2009年5月26日安装调试完工，27日投入使用。运行过程中，有两项技术指标与厂家介绍有较大出入，无法满足生产需要。一是真空度，正常为0.090Mpa，最高值0.092Mpa，达不到工艺要求的0.096Mpa以上。二是工作液的消耗量偏大，日消耗量约20吨，且用新鲜水作工作液，时间一长叶片会产生水垢，气体介质中带有的粘性组分被抽入泵内，造成流通堵塞加重机泵负荷。

3 改进措施

为解决上述问题，采取了以下措施：在入口管上安装大气喷射器，提高真空度，满足工艺的要求；回收工作液，循环使用，降低成本；采用软化水替代新鲜水，防止产生水垢；在泵的入口工艺管线安装过滤设备，对粘性组分进行过滤处理等。

3.1 在入口管上安装大气喷射器，提高真空度。

大气喷射器的工作原理：当真空泵运行时，大气喷射器内形成一个低压，在大气喷射器的1点压力较高（与大气连通），空气将冲进大气喷射器。喉管3在大气喷射器里迫使空气加速通过收缩部分，加速流动的空气引起大气喷射器里面的大气压降低。空气流动速度越快，大气喷射器里的压力越低。因此，通过控制1点阀门的开度，来控制空气进入喷射器里面的流速，达到提高真空度的目的。实践证明，调节大气喷射器，可使真空度达到0.096Mpa以上，满足工艺要求。

3.2 回收工作液循环使用降低成本

工作液是水环式真空泵工作的主要介质，它的作用：（1）在偏心叶轮离心力的作用下形成液环；（2）散发压缩气体中产生的热量；（3）密闭叶轮和圆盘间的间隙。

工作液在工作过程中，除大部分液体在泵内旋转形成液环外，少部分液体连同被抽气体不停地被排出泵体。因此液环必须不断地补充新鲜的冷却工作液。根据运行指标，外排液体流量为：20t/d。若不进行回收将造成很大浪费。

在分离器的出口工艺上安装了一个容量为9m³（3000×2000×1500mm）的水池，回收工作液，达到循环使用。工艺简图如下：

图1 工作液回收工艺简图

1.电机；2.去尾气罐；3.分离器；4.机泵；5.溢流口；6.水池；7.循环水；8.回流水

工艺要求：（1）溢流口的高度应低于分离器的高度20Cm，防止水倒流到泵内。（2）工作液补充工艺线与回流水线相连，平时仅投用回流线。只有在水池水温偏高（50℃）时或水池放空时，才投用工作液补充工艺线。（3）在回流水线上安装过滤网，防止固体杂质进入泵内打坏叶片。

上述措施解决了耗水问题，但又出现了一个新问题。当每次启动机泵时，泵内都充满液体，因此，在泵启动瞬间，负荷较大，极易打坏叶片。为了减少泵的启动负荷，在泵的排污口安装泵内“液位阀”，即在泵启动前，开回流水阀往泵内加水，待“液位阀”出水，再关回流水阀和“液位阀”。随后启动机泵和开回流水阀调节真空度。

3.3 用软化水替代新鲜水，防止水垢。软化水除去了Mg2+、Ca2+离子，不会使叶片产生水垢。夏天，环境温度30℃以上，循环水温度34℃以上，不利于提高真空度，采取不加新鲜水的办法，达到降温的目的。同时在水池中添加除垢剂，除去因补充新鲜水造成的水垢。

3.4 为避免气体介质中挟带的粘性组分被抽入泵内，粘住叶片造成流道堵塞和机泵负荷加重，采取了如下改造措施，见图2。

图2 过滤工艺

在釜（反应器）的出口即一级过滤罐内安装多层不锈钢过滤网，对粘性组分进行过滤处理；利用真空泵前的二级捕集罐内水，封住粘性组分；利用反冲洗工艺线，定时冲洗捕集罐、过滤罐和泵体，确保泵内清洁。

3.5 其他措施

调节外冲洗密封冷却水的开度；及时调节压盖螺丝；按要求及时更换密封填料；调节水温，控制在15-25℃间最佳。

4 结束语

对2BE1 202型水环式真空泵采取上述改造措施后，不仅提高了真空度，满足了工艺要求，而且减少了水耗，降低了成本。运行一年效果良好。2010年6月，环烷酸装置安装了第二台2BE1 202型水环式真空泵。该水环式真空泵的推广利用，为环烷酸装置的平稳生产和降本增效奠定了坚实基础。