摘要
乾式真空獲得技術因其清潔真空、節能環保等特點逐漸在各個領域得到應用。本文就爪形乾式無油真空泵在芳烴抽提裝置中替代蒸汽噴射泵的節能環保效益進行對比分析，得出爪形乾式無油真空泵在替代濕式法真空獲得設備的應用中具有顯著的節能環保效果，投資回收期短，並能為企業創造可觀的經濟效益，具有普遍的推廣意義。
關鍵詞：爪式干泵芳烴抽提節能環保
前言
在芳烴抽提裝置中，主要以蒸汽噴射泵為真空獲得設備。在噴射泵中主要以水蒸汽作為動力介質。在絕大部分工業中，水蒸汽作為基本的能量被大量地生產，容易獲得。相對於其它濕式真空泵，水蒸汽噴射泵是比較經濟的選擇。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，且產生大量廢水對環境造成污染，運行成本仍然較高。爪形乾式無油真空泵（以下簡稱爪式泵）是一種新型環保真空獲得設備，其過流部分沒有任何有機介質，在給用戶提供清潔真空環境的同時，可抽除大量的可凝性氣體，實現氣液分離、回收利用和節能環保。在山東齊旺達集團10萬噸芳烴抽提裝置中一年多的應用實踐表明，爪式泵不但可以提高系統真空度，其特有的壓縮冷凝功能可直接回收氣液混合物中的產成品，剩餘氣體能直排大氣，能耗低，沒有廢水排放。實現了節能環保，降低了運行費用，為企業增加了更多的利潤。
蒸汽噴射泵在10萬噸芳烴抽提裝置中的能耗分析
1、工藝流程（如圖1）
T-103芳烴塔組分經過E-115A/B水冷器冷卻後進入V-104芳烴塔迴流罐，在此經過氣液分離、油水分離，分離后液相組分經泵打出直接進入後續T-104苯塔系統生產裝置主要產品苯、甲苯。氣相組分經過V-104芳烴塔迴流罐氣相線水冷器冷卻後進入蒸汽噴射泵入口。油水混合物經分離后，物料進入原料罐，廢水送污水處理廠。
系統中，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，蒸汽費200元/噸。年消耗蒸汽量約2700噸，產生蒸汽費約54萬元。
污水處理：年排放污水約2700噸，污水處理費為15元/噸。年污水處理費為4.05萬元。
用水量：每小時用水3.29噸，水費4元/噸。年用水量約26280噸，摺合水費為10.5萬元。
年綜合能耗為68.55萬元。
3、物料回收
採用蒸汽噴射泵的系統，物料回收只能通過放空系統冷卻返回原料罐，回收物料作為原料使用進入下次生產循環。
10萬噸芳烴抽提裝置中，每小時進料為15噸，回收原料61.6公斤。年回收原料約為493噸，摺合人民幣約為242萬元。
二、爪式泵在在10萬噸芳烴抽提裝置中的能耗分析
1、爪式泵選型要求
（1）節能降耗。
（2）滿足系統對真空度的要求。
（3）有較強的抽除可凝性氣體的能力，並能直接回收液相芳烴。
（4）安裝調試、後期維護方便，佔地面積較小。
2、爪式泵的選型參數（表1）及功能特點
參數
型號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
經充分分析比較后，決定採用立式聯排結構的爪式泵，型號為GZ-150DY1型，極限壓力小於50Pa，抽氣速率為150L/S。
立式聯排結構爪式泵的轉子軸及電機並排豎直安裝，進氣口在泵上面，排氣口在泵下部泵體由循環水冷卻。四對轉子裝在二根平行軸上，電動機倒立安裝，經過渡齒輪將動力傳遞到轉子軸上。泵腔級與級之間有隔板，隔板上有級間氣體通道。氣體的進氣口和排氣口均開在隔板端面上，分別由兩個轉子端面定時開閉。當泵腔的一部分正在壓縮氣體和排氣時，另一部分則打開入口，吸入氣體。每一級都是氣體入口在上，出口在下，便於壓縮冷凝的液體或粉塵微粒正常排出。[1]
立式聯排爪式泵具有連續不間斷自動排液功能，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。且結構穩固，重心低，振動小，安裝調試和後期維護方便。
3、工藝流程（圖2）
T-103芳烴塔組分經過E-115A/B水冷器冷卻後進入V-104芳烴塔迴流罐，在此經過氣液分離、油水分離，分離后液相組分經泵打出直接進入後續T-104苯塔系統生產裝置主要產品苯、甲苯。氣相組分經過V-104芳烴塔迴流罐氣相線水冷器冷卻後進入爪式泵入口。爪式泵在變頻控制下將系統壓力控制在40Kpa（原蒸汽噴射泵只能抽至70Kpa）。爪式泵在變頻控制下負荷操作彈性較大，完全可以滿足超負荷生產要求。
爪式泵抽出的液相芳烴（純度99%以上）則由調節控制系統控制進入V-104芳烴迴流罐從而完成芳烴組分回收，不凝氣由調節控制系統氣相線進入放空系統。
系統真空度為40Kpa，加熱器的加熱溫度為165℃。
（圖2）採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%左右負荷，每小時耗電約14.38千瓦，電費0.6元/KW/H。年耗電量約115000KW/H，摺合電費為6.9萬元。
用水量：每小時用水量約1噸，水費4元/噸。年用水量約8760噸，摺合水費為3.5萬元。
年綜合能耗為10.4萬元。
5、物料回收
採用爪式泵后，系統可直接回收純度為99%的液相芳烴。每小時進料約15噸，回收芳烴68.4公斤。年回收量約547噸，摺合人民幣約為331萬元。
三、經濟效益
運行能耗費用及經濟效益比較（表2）
10萬噸芳烴抽提裝置中蒸汽噴射泵與爪式泵年運行費用及經濟效益比較
項目單位蒸汽噴射泵爪式泵
購置費及運行
能耗費比較
購置費萬元550
耗蒸汽量噸/年27000
蒸汽費（成本200元/噸）萬元540
耗電量KW/h/年0115000
電費（成本0.6元/KW/H）萬元06.9
循環冷卻水量噸/年262808760
水費（成本4元/噸）萬元10.53.5
污水處理量噸/年27000
污水處理費（成本15元/噸）萬元4.050
總運行費用萬元68.5510.4
節約費用對比萬元058.15
節約率%084.8%
節約費用計算投資回收期10.3個月
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/氣液混合物市場價萬元242（市價4900元/噸）331（市價6050元/噸）
回收率比較%100%137%
多回收物料價值萬元089
節約費用和多回收物料價值總和萬元0147.15
綜合計算投資回收期4.1個月
結論
相對於蒸汽噴射泵，一年可增效147.15萬元/年。
通過上表分析可知，在10萬噸芳烴抽提裝置中，用爪式泵替代蒸汽噴射泵，僅運行費用一年可減少58.15萬元，且沒有污水排放，不但節能，而且環保。
爪式泵替代蒸汽噴射泵后，能直接回收價值331萬元的液相芳烴，能幫企業多創造89萬元的經濟效益，收益可觀。
另外，還提高了系統真空度（由原來的70Kpa提高至40Kpa），而且降低了加熱器的加熱溫度（由原來的175℃降低為165℃）。
雖然爪式泵的初始採購成本較高，但通過節能收益和回收物料收益，僅4個多月就可收回成本。
四、爪式泵的結構原理及特點
1、爪式泵的工作原理
爪形乾式無油真空泵因轉子形狀為爪形（圖3）而稱爪泵；過流部分不使用任何油類等液體潤滑劑做密封，採用間隙密封。按工作原理劃分，屬於變容乾式機械真空泵。
泵在結構上採用單級或多級轉子串聯結構形式；過流部分無任何實質性接觸摩擦，轉子懸浮於泵腔內做同步反方向運動，可長期穩定的保持極限真空、抽速、壓縮比不變，連續工作，使用壽命長，可常壓下啟動。
圖4是爪式泵變容壓縮做功完成真空獲得的過程。1、轉子對在初始位置，吸氣腔的容積較小，吸氣口接通。轉子對開始反向運轉，吸氣腔容積逐漸增加；排氣腔則不斷縮小。2、隨著轉子對的運轉，吸氣腔容積增大，吸入的氣體也越來越多。排氣腔不斷縮小，和排氣口剛好接通，開始排氣。3、轉子對的運轉使排氣腔變小，氣體得最大限度壓縮。吸氣腔已變得最大，吸氣快結束。
4、吸氣腔和排氣腔合為一體，真空室不吸氣也不排氣；進、排氣口都自行關閉。[2]
爪式泵爪泵將所抽除氣體經過泵內的多級（一般為4級）壓縮后，排出氣體，使泵內及所抽容器獲得真空。排空路徑（氣道）流程如圖5.
進氣
排氣
（圖5）排空路徑圖
氣體經進氣口進入一級工作腔，通過轉子變容壓縮做功壓入二級工作腔，各級工作腔依次類推重複一級工作腔的工作，氣體由排氣口排出泵外，來完成抽真空的目的。
2、爪式泵的性能特點：
（1）轉子在泵腔內懸浮、無任何接觸性摩擦、腔內沒有任何潤滑油和有機介質，運行維護成本極低；
（2）常壓啟動，可直排大氣獨立工作，也可以和羅茨真空泵及分子泵組成無油泵機組；
（3）清潔抽空，對被抽容器和環境均無污染；
（4）具有極強的抽除可凝性氣體的能力，包括純溶劑氣體，能夠做到氣液分離，精細化分流，且能重複回收使用；
（5）可真正實現大量排液；且可在實際工作中，邊正常工作邊排液；
（6）可根據用戶負載情況調節轉速，更有效地節省能源；
（7）變頻調速控制，柔性啟動，整機衝擊小，使用壽命長。且整機過載保護，具有故障自動保護，不會出現破壞性損壞；可與DCS系統方便對接通訊。
（8）可以長期抽大氣，改變了進口乾泵最大入口壓力限制；
（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，半小時內對泵內部全部清洗並恢復到出廠水平，工作狀態穩定。
3、爪式泵的應用範圍
爪式泵主要用於獲得無油真空並且可靠性要求很高的高級真空環境。廣泛應用於航空航天、核工業、電子、化工、生物製藥、冶金、特殊氣體製造等行業，適用於真空蒸餾、分子蒸餾、真空鍍膜、無泄露氣體傳輸、真空製備材料等工藝，在普通大氣、富含水蒸氣、酒精、汽油等特殊應用環境都可工作。清潔抽空，並可抽除含有可凝性氣體及一定量粉塵氣體的真空環境。使用壽命長，維護方便，維護成本低。爪式泵還可以和羅茨泵或分子泵組成無油中真空及無油高真空機組。
五、結論
乾式法真空獲得技術替代濕式發真空獲得技術是國際發展趨勢，21世紀將是乾式泵的世紀。【3】在芳烴抽提裝置中，應用蒸汽噴射泵的高能耗、高排污費用增加了企業成本，降低了企業競爭力。用爪式泵替代蒸汽噴射泵，不但符合國家政策方向，而且節能環保，更能為企業帶來顯著的經濟效益。
在石化生產中，目前採用的真空獲得設備大多數都是高耗能和高污染的，且生產過程中的溶劑和物料不能得到很好的回收利用。本文雖然僅對芳烴抽提裝置中爪式泵的節能環保和物料直接回收利用的作用進行了分析，但所得結果在石油化工行業具有普遍的推廣價值和意義。
