CN201606270U - 气液混输旋转动力泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气液混输旋转动力泵，包括泵体(3)、泵盖(7)、转子(9)、滚动轴承、机械密封装置(2)和离心式叶轮(6)，在所述的转子(9)上、并在泵体(3)内及离心式叶轮(6)的上游处装有相互靠近的轴流式叶轮(4)与轴流式整流器(5)，所述的机械密封装置(2)为平衡型双端面式机械密封装置。本实用新型能使泵的水力性能具有离心泵和轴流式泵的综合性能，有效防止了气液相态的分离，且设置了两级式机械密封装置，使泵适用于要求气液混输高温介质和高入口压力的场合，泵的性能和结构满足了液相循环加氢新工艺的要求。在炼化行业液相柴油加氢循环新工艺中的应用更为适合。

Description

气液混输旋转动力泵

技术领域

本发明涉及一种泵类产品，具体地说是涉及一种用于输送高温、高入口压力介质的旋转动力泵。

背景技术

由于环保法规日益严格，柴油的含硫量标准在逐年修订，发展和使用超低硫甚至无硫柴油是当今世界范围内清洁燃料发展的趋势。世界燃料委员会颁布的车用清洁柴油规范中对硫含量要求更严，同时对柴油密度、干点、芳烃及多环芳烃都有限制。我国国家III级标准规定的车用柴油的硫含量限制在150μg/g以下。2009年欧盟法规将车用柴油的硫含量限制在10μg/g以下。美国在2006年限制车用柴油的硫含量在15μg/g以下。

以前，采用传统的加氢脱硫催化剂通过增加反应苛刻度(提高反应温度、降低反应空速等)，也可以实现柴油的深度脱硫甚至超深度脱硫。但反应温度的上升会导致柴油产品颜色的变差和催化剂寿命的缩短；而降低反应空速则意味着柴油脱硫处理量的减少。而对于现有在用的加氢脱硫装置而言，其设计压力已固定，则只能通过采用更高脱硫活性的催化剂进行深度脱硫。

与之相比，采用柴油液相循环加氢反应新技术、新工艺，能在投资和操作费用较低的条件下生产硫含量更低的柴油。本技术的实质是在主催化剂与氢气接触前，使加氢反应所需的氢气溶解在柴油液相中。对大多数原料而言，反应所需氢气量远比在反应器条件下溶解于液相中的氢气量多，因此需要使加氢产品循环，以提供额外所需的溶解氢气。近期开发的柴油循环加氢技术是一项清洁柴油生产的新技术，其主要特点是：反应部分不再需要设置氢气循环系统；依靠液相柴油大量循环时携带进反应系统的溶解氢，来提供新鲜原料进行加氢反应所需要的氢气；反应器则采用与滴流床反应器相近的结构或多级中间错流气提反应器；由于循环油的比热容大，从而大大降低反应器的温升，提高催化剂的利用效率，并可降低裂化等副反应。

柴油液相循环需要循环油泵来实现，即液相加氢反应产物(循环油、氢气、硫化氢)大部分由反应器出口经循环油泵升压后，送至混合器入口做为循环油/气使用。由于循环柴油不但温度高、压力高，而且富含溶解氢气、硫化氢等(10～20％)，因此，循环油泵及其密封是该技术的关键设备和技术。循环加氢油泵的输送介质来自于加氢反应器出口，输送介质的压力高(～8MPa)，温度高(360～400℃)，含气量大(10～20％)，工作条件非常苛刻，故普通的旋转动力泵及其机械密封是满足不了使用要求的。

通常情况下，旋转动力泵(即普通叶片式离心泵)在输送气液两相流时，会出现气液相态分离，严重时会形成段塞流，造成机组剧烈振动。叶片式离心泵在输送含气量＞10％的气液两相介质时就不能工作了。目前，国产旋转动力泵的机械密封如果要求同时适应高温、高压并兼有耐磨损、耐腐蚀的要求，并具备一年以上的使用寿命周期的也没有先例，技术难度很大，系统很复杂。如果要应用推广液相循环加氢新技术，首先要选到适应的泵类产品。故自行开发该类新型实用泵类产品非常必要，否则只能选用价格非常昂贵的进口泵类产品。

发明内容

本发明提供一种能够输送高温、高入口压力的气体液体两相的气液混输旋转动力泵，并在柴油液相循环加氢新工艺技术中得以成功应用。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种气液混输旋转动力泵，包括泵体、泵盖、转子、滚动轴承、机械密封装置和离心式叶轮，在所述的转子上、并在泵体内及离心式叶轮的上游处装有相互靠近的轴流式叶轮与轴流式整流器，所述的机械密封装置为平衡型双端面式机械密封装置。

所述的平衡型双端面式机械密封装置由装在转子上的轴套、内侧机械密封机构与外侧机械密封机构组成；所述的内侧机械密封机构包括装在泵盖上的内压盖，在该内压盖内装有与轴套相连的内动环和与内压盖相连的内静环，内动环与内静环又相互贴合；所述的外侧机械密封机构包括装在泵盖上的外压盖，在该外压盖内装有与轴套相连的外动环和与外压盖相连的外静环，外动环与外静环又相互贴合，在外动环上装有泵送环，外压盖又与内压盖相连。

采用本发明后，由于在离心式叶轮前设置了轴流式叶轮及轴流式整流器，使泵的水力性能具有离心泵和轴流式泵的综合性能，有效防止了气液相态的分离，且设置了两级式机械密封装置，使泵适用于要求气液混输高温介质和高入口压力的场合，泵的性能和结构满足了液相循环加氢新工艺的要求。在炼化行业液相柴油加氢循环新工艺中的应用特为适合。该动力泵实现了国产化，形成了自主知识产权，克服了国外技术封锁的被动局面，并推进了液相加氢循环新工艺的推广和应用，为炼化行业节约了加氢装置的投资费用，提高了社会经济效益。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明气液混输旋转动力泵的结构示意图。

图2为图1中的机械密封装置的结构示意图。

图3为本发明应用在柴油液相循环加氢技术上的工艺流程图(有关部分)。

具体实施方式

参照图1、图2可知，本发明气液混输旋转动力泵，包括泵体3、泵盖7、转子9、滚动轴承、机械密封装置2和离心式叶轮6，在所述的转子9上、并在泵体3内及离心式叶轮6的上游处(即前面处)装有相互靠近、相匹配的轴流式叶轮4与轴流式整流器5，所述的机械密封装置2为平衡型双端面式(即两级准串联)机械密封装置。泵体3及泵盖7的壳体强度按美国ASME压力容器设计规范进行计算。

如图2所示，所述的平衡型双端面式机械密封装置2由装在转子9上的轴套19、一组内侧机械密封机构(即第一级机械密封，对着泵内侧)与一组外侧机械密封机构(即第二级机械密封，对着大气侧)组成；所述的内侧机械密封机构包括装在泵盖7上的内压盖14，在该内压盖14内装有与轴套19相连的内动环12和与内压盖14相连的内静环13，内动环12与内静环13又相互贴合(为相对运动)；所述的外侧机械密封机构包括装在泵盖7上的外压盖15，在该外压盖15内装有与轴套19相连的外动环16和与外压盖15相连的外静环18，外动环16与外静环18又相互贴合(为相对运动)，在外动环16上装有泵送环17，外压盖15又与内压盖14相连。内动环与内静环之间、外动环与外静环之间均各相互贴合、相对运动形成一摩擦副，其间的微小轴向间隙起到密封作用，保证被密封介质不泄漏。

在外动环16与轴套19之间、内动环12和轴套19之间均装有“O”型密封圈11(选用耐高温特制的密封胶圈)。内侧机械密封机构由内压盖14、内动环12、内静环13等构成，具有F入口和J空腔，J空腔内允许最大工作压力为8MPa；外侧机械密封机构由外压盖15、外动环16、外静环18、泵送环17等构成，具有G入口和Q空腔，Q空腔内允许最大工作压力为0.3MPa。该动力泵工作时，内动环12、外动环16随着转子及轴套而旋转；内静环13、外静环18则由于分别装在内压盖14、外压盖15上而保持不动；内动环12、外动环16、内静环13、外静环18均采用耐磨和耐高温材料制作而成。如图2、图3所示，F为内侧机械密封机构外冲洗液的入口，外来的冲洗液(见图3中所示的K管线)自F口进入J腔，压力约为8.4MPa，温度约为40℃；G为外侧机械密封机构缓冲液的入口，外面来自储罐30(见图3中所示的L管线)的缓冲液自G口进入Q腔，压力为0.3MPa左右，温度约为40℃，由泵送环17进行泵送循环。该平衡型双端面式(两级准串联)机械密封装置2须同时满足高温、高压、耐磨、耐腐的要求，且其使用寿命要达1年以上、泄漏量小于3ml/h。

所述的滚动轴承为两套，该两套滚动轴承(即左滚动轴承1、右滚动轴承8)分别(通过左托架10、右托架20)装在转子9的两端，以增加动力泵的平衡度和工作可靠性。故该动力泵称为两级两端支撑型泵。

本发明的工作原理是：如图1所示，被输送介质油气混合液在给定的压力下(8MPa)由该动力泵吸入口A注入；先经过轴流式叶轮4的叶片作用产生升力，对油气混合液进行加压，避免或延缓了气泡发生聚合形成大气团，后经过轴流式整流器5能强迫被输送介质沿轴向运动，有效防止气液介质在叶道内分离，并保证均匀流动。来自轴流式整流器5的具有很小分离能量势的油气混合液进入离心式叶轮6的吸入口B，由于离心式叶轮的旋转作用，进入该叶轮中的介质被加速，在离心力的作用下使油气混合液的动能和势能都增加，油气混合液由离心式叶轮6的出口C进入泵体压出室D后，其一部分动能转换为势能而速度降低，并通过泵体吐出口E进入到循环加氢新工艺技术上的吐出管路内(见图3中所示的H管线)。

其中，低扬程的轴流式叶轮是利用其叶片对气液混合物产生升力而进行加压，能避免或延缓气泡发生聚合形成大气团；轴流式整流器能强迫被输送介质沿轴向运动，有效地防止气液介质在叶道内分离，从而保证均匀流动的要求，它的分离能量势很小；高扬程的离心式叶轮能保证达到水力性能，其水力元件由离心轮和蜗形压出室组成。这种优化后的组合式旋转动力泵具有气液两相的混输功能，含气量可达到15～20％，泵的入口压力可高达8MPa，泵两端设有的机械密封装置的腔室I和J内最大压力可达8MPa，输送的温度可达360～400℃、输送的气体(氢气和硫化氢)含量可达15～20％，特别适合于炼化行业液相柴油加氢循环新工艺的配套使用。

在工业应用实践中，需要大小不同的一系列这样的气液混输旋转动力泵，则可以通过改变其入口尺寸等来满足各种流量的需要；通过改变离心式叶轮的外径尺寸等来获得所需的扬程；也可通过驱动电机的调频改变泵的转速等方式，从而使得泵的使用范围得到进一步扩大，或满足工艺流程需要调节的场合。

如图3所示，将本发明气液混输旋转动力泵应用于炼化行业液相柴油加氢循环新工艺中。经气液混输旋转动力泵28(即循环油泵)升压的大部分液相产品在大量循环时，携带进反应系统的溶解氢至混合器24入口做为循环油/气，它与来自原料油泵22的原料油混合进入液相加氢反应器25，提供加氢反应所需要的氢气。来自装置外的原料油21由原料油泵22升压进入炉23加热至液相循环加氢反应所需温度，它与来自循环油泵28出口管路H的反应产物及来自新氢压缩机29的新氢经过混合器24混合后而进入液相加氢反应器25，液相加氢反应器25的反应产物与新氢经混合器27混合后进入液相加氢反应器26。大部分液相加氢反应产物由液相加氢反应器26出口(压力为8MPa，温度为360～400℃)至循环油泵28升压，并通过管路H送至混合器24入口做为循环油；一部分反应产物在液相加氢反应器26顶部液位控制下，经过反应流出物、新氢换热器、冷却器冷凝冷却、进行气液分离等流程(这里从略)，最终产出的产品是：精制柴油，汽油和干气，并分别通过接口M、N、K外输。其中，新氢压缩机29增压后分两路：一路新氢送至混合器24前与原料油混合；另一路新氢送至混合器27前与液相加氢反应器25的反应产物混合后进入液相加氢反应器26。由于本发明气液混输旋转动力泵具有气液两相混输的功能，且能同时满足高温、高压、耐磨、耐腐蚀的要求，并保证一定的使用寿命周期、泄漏量小，所以就省略了原工艺中所用的循环加氢装置，降低了投入成本。

Claims (3)

1.一种气液混输旋转动力泵，包括泵体(3)、泵盖(7)、转子(9)、滚动轴承、机械密封装置(2)和离心式叶轮(6)，其特征在于：在所述的转子(9)上、并在泵体(3)内及离心式叶轮(6)的上游处装有相互靠近的轴流式叶轮(4)与轴流式整流器(5)，所述的机械密封装置(2)为平衡型双端面式机械密封装置。

2.如权利要求1所述的气液混输旋转动力泵，其特征在于：所述的平衡型双端面式机械密封装置(2)由装在转子(9)上的轴套(19)、内侧机械密封机构与外侧机械密封机构组成；所述的内侧机械密封机构包括装在泵盖(7)上的内压盖(14)，在该内压盖(14)内装有与轴套(19)相连的内动环(12)和与内压盖(14)相连的内静环(13)，内动环(12)与内静环(13)又相互贴合；所述的外侧机械密封机构包括装在泵盖(7)上的外压盖(15)，在该外压盖(15)内装有与轴套(19)相连的外动环(16)和与外压盖(15)相连的外静环(18)，外动环(16)与外静环(18)又相互贴合，在外动环(16)上装有泵送环(17)，外压盖(15)又与内压盖(14)相连。

3.如权利要求1或2所述的气液混输旋转动力泵，其特征在于：所述的滚动轴承为两套，该两套滚动轴承分别装在转子(9)的两端。

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