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摘要：石油炼制工业中，油浆泵是重油催化裂化装置的重要设备，主要用于建立催化裂化分馏塔底油浆循环、提供反应器提升管油浆回炼，并通过油浆外甩来控制油浆中催化剂固体含量。输送介质是包含催化剂颗粒和胶质的催化油浆，含固液两相，温度不低于350℃。随着加工原料日益重质化，油浆中的固体颗粒增多，这些固体颗粒在输送过程中会对油浆泵产生影响，导致输送效率低和过流部位磨蚀问题导致设备可靠性差。目前，国内许多炼厂的重油催化裂化装置都面临这一问题。而油浆泵正常运行与否将直接影响分馏塔内汽-液相平衡、热量平衡和物料平衡，同时影响目标产品质量和反再系统的平稳操作。因此分析油浆泵过流部位的磨蚀机理，提出延长油浆泵抗磨蚀寿命的相应措施，对油浆泵和装置的平稳运行有重要意义。
关键词：油浆泵过流部位；平稳运行；磨蚀寿命；输送效率
某石化公司炼油厂重油催化裂化联合装置采用催化剂两段再生技术，催化剂与混合原料反应生成的高温油气经旋风分离器分离后进入分馏塔底部人字挡板部位。分馏塔底油浆在塔底回流，洗涤高温油气，带走高温油气携带的催化剂细粉颗粒和胶质。油浆夹带着催化剂颗粒和胶质进入油浆泵的过程中对过流部位造成磨蚀。近年来，随着原油重质化，油浆中固体含量增加，泵中磨蚀情况愈演愈烈，故障不断，严重影响到装置的平稳运行。
1油浆泵过流部位磨蚀原因分析
1.1过流部位磨蚀机理
颗粒磨蚀是指固体颗粒与固体壁面接触并发生相对运动时，材料表面出现磨损的现象。颗粒对材料壁面的磨蚀对设备的使用寿命和可靠性产生重要影响。在蜗壳中，颗粒主要分布在蜗壳近壁处，浓度随颗粒直径的增大而增大，隔舌部位和第Ⅷ断面部位的磨蚀速率较大，磨蚀速率随着固体含量的增加而增加。在叶轮流道内，流体的相对速度矢量沿叶片表面并与叶片相切，因此叶片必然发生颗粒磨蚀。在蜗壳中，固体颗粒小角度碰撞蜗壳壁面，并在离心力作用下，以较大径向速度冲击蜗壳壁面，沿周壁流向出口，因此蜗壳会发生严重的颗粒磨蚀。相比其他部位，隔舌处流线分布密集，流体运动紊乱，所以隔舌也是磨蚀主要区域。
1.2油浆泵抗磨蚀寿命的主要制约因素分析
泵的抗磨蚀寿命估算式为：
式中Cv--固体颗粒浓度；Dp--固体颗粒直径；g--重力加速度；H--扬程；Kg--几何常数；n--转速；P--材料硬度；Vf--过流介质粘度；ρf--过流介质密度；ρs--固体颗粒密度。由式（1）可以看出，泵的抗磨蚀寿命受过流介质、泵的材料和水力特性的制约，与油浆体颗粒、泵的转速和扬程有关，且与材料硬度成正比。油浆中的固体颗粒是含Al2O3的催化剂细粉，是叶轮和蜗壳发生磨蚀的主要来源。同时油浆中残留的胶质夹带着催化剂颗粒进入泵内，加剧了过流部位的磨蚀。
重油催化裂化联合装置为控制油浆固体含量和胶质含量做了大量工作，如：采用旋流分离法提高分离效率、采用磨蚀系数低的催化剂、控制反再系统压差和温度以及稳定油浆固体含量波动状况等。但受到工艺过程和原料性质的限制收效甚微。导致油浆固体含量目前仍维持在0.4%，胶质含量维持在0.8%～1.0%。由上述分析可知，泵抗磨蚀寿命的主要制约因素是介质固体含量、泵的抗冲蚀性能和水力特性。油浆中携带催化剂颗粒是工艺要求，泵的转速、扬程是泵的固有特性。因此，提高油浆泵的抗磨蚀能力，才是解决问题的入手点。
3提高油浆泵抗冲蚀性能的措施
3.1使用高硬度的内部涂层
由式（1）可知，提高过流部位材料硬度可以提高泵的抗磨蚀寿命，因此装置先从泵内部涂层着手。油浆泵泵体材料ASTMA217CA15是一种高温铸造不锈钢，该材料对催化剂的抗磨蚀性能并不突出。一旦内部耐磨涂层磨损，泵壳将会加速磨蚀。因此选择抗磨蚀效果好的内部涂层是提高泵抗磨蚀能力的必要选择。目前国内外油浆泵内部涂层材料主要有扩散涂层、碳化钨涂层和镍、铬、钴、硼各种化合物涂层，但不同情况下不同涂层的抗磨蚀效果并无定论。针对油浆泵的运行现状，装置尝试了一种新喷涂材料--钴铬钼合金。该合金以钴作为基体，钴、铬、钼元素含量分别为48%、20%、28%，其他元素占4%，硬度为HRC55。钴铬钼合金的基本元素为钴，钴在高温下是面心立方结构，堆跺层错能较低；铬固溶于钴，不仅提高了基体强度和材料抗高温氧化能力，而且较高的铬含量也提高了合金的抗磨蚀性能；钼的原子尺寸比钴大，固溶于钴，是位错流动的壁障，进一步提高了基体强度，同時还提高了合金的高温性能。该涂层具有强度高、耐磨性好、耐高温及耐腐蚀等特点，也是高温高压阀门、燃气轮机涡轮叶片和发动机气门的常用材料。重油催化裂化联合装置油浆泵介质温度高达350℃，过流部位冲刷磨蚀严重，钴铬钼合金涂层的应用确实提高了油浆泵的抗磨蚀寿命，但并未达到预期效果，磨蚀问题没有得到根本解决。
3.2采用新型全衬里油浆泵
油浆泵的类型主要包括3类：未加保护措施的工艺流程泵，一般采用不锈钢材料；经改进的工艺流程泵，泵的过流表面采用硬质涂层；全衬里油浆泵，采用可更换的铸造硬质金属衬里，并用耐磨蚀螺栓紧固高铬合金零件。在更换内部涂层效果不明显的情况下，采用高硬度全衬里油浆泵，是装置提出的新尝试。新型全衬里油浆泵采用双壳体结构。外壳体承压，材料为ZG1Cr13，设计温度为378℃，具有足够的壁厚和良好的高温性能。内壳体使外壳体免受流体冲刷，解决了外壳体不耐磨蚀的缺陷，使泵在改善刚性、抵抗热应力方面的能力增强，有效提高了外壳体的使用寿命。内壳体和叶轮采用高抗磨高铬合金铸铁KmTBCr15Mo2，硬度为HRC50-58，保证了过流部位的表面硬度。内外壳体采用螺栓连接，磨蚀后可以单独或全套更换，维修简单易行。
4结束语
年产300万吨重油催化裂化联合装置油浆泵磨蚀严重，应尽可能提高油浆泵本身的抗磨蚀能力来提高油浆泵使用寿命。针对油浆泵运行现状，装置尝试了更换新的超硬内部涂层，但未达到预期效果。使用新型全衬里油浆泵代替现有油浆泵，从相关单位使用效果来看，可以大幅提高油浆泵的抗磨蚀寿命。
参考文献
[1]杨旭.循环油浆泵的布置及配管特点[J].山东化工，2017（13）：115-117+122.
（作者单位：胜利油田石油化工总厂重油催化车间）
关键词：油浆泵过流部位；平稳运行；磨蚀寿命；输送效率
某石化公司炼油厂重油催化裂化联合装置采用催化剂两段再生技术，催化剂与混合原料反应生成的高温油气经旋风分离器分离后进入分馏塔底部人字挡板部位。分馏塔底油浆在塔底回流，洗涤高温油气，带走高温油气携带的催化剂细粉颗粒和胶质。油浆夹带着催化剂颗粒和胶质进入油浆泵的过程中对过流部位造成磨蚀。近年来，随着原油重质化，油浆中固体含量增加，泵中磨蚀情况愈演愈烈，故障不断，严重影响到装置的平稳运行。
1油浆泵过流部位磨蚀原因分析
1.1过流部位磨蚀机理
颗粒磨蚀是指固体颗粒与固体壁面接触并发生相对运动时，材料表面出现磨损的现象。颗粒对材料壁面的磨蚀对设备的使用寿命和可靠性产生重要影响。在蜗壳中，颗粒主要分布在蜗壳近壁处，浓度随颗粒直径的增大而增大，隔舌部位和第Ⅷ断面部位的磨蚀速率较大，磨蚀速率随着固体含量的增加而增加。在叶轮流道内，流体的相对速度矢量沿叶片表面并与叶片相切，因此叶片必然发生颗粒磨蚀。在蜗壳中，固体颗粒小角度碰撞蜗壳壁面，并在离心力作用下，以较大径向速度冲击蜗壳壁面，沿周壁流向出口，因此蜗壳会发生严重的颗粒磨蚀。相比其他部位，隔舌处流线分布密集，流体运动紊乱，所以隔舌也是磨蚀主要区域。
1.2油浆泵抗磨蚀寿命的主要制约因素分析
泵的抗磨蚀寿命估算式为：
式中Cv--固体颗粒浓度；Dp--固体颗粒直径；g--重力加速度；H--扬程；Kg--几何常数；n--转速；P--材料硬度；Vf--过流介质粘度；ρf--过流介质密度；ρs--固体颗粒密度。由式（1）可以看出，泵的抗磨蚀寿命受过流介质、泵的材料和水力特性的制约，与油浆体颗粒、泵的转速和扬程有关，且与材料硬度成正比。油浆中的固体颗粒是含Al2O3的催化剂细粉，是叶轮和蜗壳发生磨蚀的主要来源。同时油浆中残留的胶质夹带着催化剂颗粒进入泵内，加剧了过流部位的磨蚀。
重油催化裂化联合装置为控制油浆固体含量和胶质含量做了大量工作，如：采用旋流分离法提高分离效率、采用磨蚀系数低的催化剂、控制反再系统压差和温度以及稳定油浆固体含量波动状况等。但受到工艺过程和原料性质的限制收效甚微。导致油浆固体含量目前仍维持在0.4%，胶质含量维持在0.8%～1.0%。由上述分析可知，泵抗磨蚀寿命的主要制约因素是介质固体含量、泵的抗冲蚀性能和水力特性。油浆中携带催化剂颗粒是工艺要求，泵的转速、扬程是泵的固有特性。因此，提高油浆泵的抗磨蚀能力，才是解决问题的入手点。
3提高油浆泵抗冲蚀性能的措施
3.1使用高硬度的内部涂层
由式（1）可知，提高过流部位材料硬度可以提高泵的抗磨蚀寿命，因此装置先从泵内部涂层着手。油浆泵泵体材料ASTMA217CA15是一种高温铸造不锈钢，该材料对催化剂的抗磨蚀性能并不突出。一旦内部耐磨涂层磨损，泵壳将会加速磨蚀。因此选择抗磨蚀效果好的内部涂层是提高泵抗磨蚀能力的必要选择。目前国内外油浆泵内部涂层材料主要有扩散涂层、碳化钨涂层和镍、铬、钴、硼各种化合物涂层，但不同情况下不同涂层的抗磨蚀效果并无定论。针对油浆泵的运行现状，装置尝试了一种新喷涂材料--钴铬钼合金。该合金以钴作为基体，钴、铬、钼元素含量分别为48%、20%、28%，其他元素占4%，硬度为HRC55。钴铬钼合金的基本元素为钴，钴在高温下是面心立方结构，堆跺层错能较低；铬固溶于钴，不仅提高了基体强度和材料抗高温氧化能力，而且较高的铬含量也提高了合金的抗磨蚀性能；钼的原子尺寸比钴大，固溶于钴，是位错流动的壁障，进一步提高了基体强度，同時还提高了合金的高温性能。该涂层具有强度高、耐磨性好、耐高温及耐腐蚀等特点，也是高温高压阀门、燃气轮机涡轮叶片和发动机气门的常用材料。重油催化裂化联合装置油浆泵介质温度高达350℃，过流部位冲刷磨蚀严重，钴铬钼合金涂层的应用确实提高了油浆泵的抗磨蚀寿命，但并未达到预期效果，磨蚀问题没有得到根本解决。
3.2采用新型全衬里油浆泵
油浆泵的类型主要包括3类：未加保护措施的工艺流程泵，一般采用不锈钢材料；经改进的工艺流程泵，泵的过流表面采用硬质涂层；全衬里油浆泵，采用可更换的铸造硬质金属衬里，并用耐磨蚀螺栓紧固高铬合金零件。在更换内部涂层效果不明显的情况下，采用高硬度全衬里油浆泵，是装置提出的新尝试。新型全衬里油浆泵采用双壳体结构。外壳体承压，材料为ZG1Cr13，设计温度为378℃，具有足够的壁厚和良好的高温性能。内壳体使外壳体免受流体冲刷，解决了外壳体不耐磨蚀的缺陷，使泵在改善刚性、抵抗热应力方面的能力增强，有效提高了外壳体的使用寿命。内壳体和叶轮采用高抗磨高铬合金铸铁KmTBCr15Mo2，硬度为HRC50-58，保证了过流部位的表面硬度。内外壳体采用螺栓连接，磨蚀后可以单独或全套更换，维修简单易行。
4结束语
年产300万吨重油催化裂化联合装置油浆泵磨蚀严重，应尽可能提高油浆泵本身的抗磨蚀能力来提高油浆泵使用寿命。针对油浆泵运行现状，装置尝试了更换新的超硬内部涂层，但未达到预期效果。使用新型全衬里油浆泵代替现有油浆泵，从相关单位使用效果来看，可以大幅提高油浆泵的抗磨蚀寿命。
参考文献
[1]杨旭.循环油浆泵的布置及配管特点[J].山东化工，2017（13）：115-117+122.
（作者单位：胜利油田石油化工总厂重油催化车间）