摘要
在石油炼制与化工生产过程中，抽真空系统是保障减压蒸馏等关键装置稳定运行的核心设施。长期以来，多级蒸汽喷射器因其结构简单、初期投资低而被广泛应用，但其存在能耗高、冷却水耗量大、运行稳定性差等问题。
本文基于工业现场实测数据与设备运行参数，对传统蒸汽喷射系统与“蒸汽喷射+液环真空泵”复合系统的能效进行对比分析，并探讨液环真空泵及压缩机在炼化全流程中的应用价值。
一、 炼油工艺中的真空需求与现状
1.1 常减压蒸馏流程概述
在石油加工工业中，原油经过脱水脱盐处理后，首先进入常压加热炉加热至360~370℃，随后进入常压蒸馏塔。
在常压条件下，塔顶至塔底依次分馏出汽油、溶剂油、煤油及柴油等馏分。塔底剩余的重油引入减压加热炉，加热至400℃左右后进入减压蒸馏塔。
由于重油在常压下沸点极高，需通过抽真空系统降低塔内压力，使油品在较低温度下分馏，从而获取重柴油和不同规格的润滑油馏分，塔底产物为渣油。
1.2 现有抽真空系统的主要问题
目前，国内多数炼厂减压塔顶抽真空系统仍采用多级蒸汽喷射器。该技术的运行缺陷主要体现在以下三个方面：
能耗占比高：蒸汽消耗占全装置总能耗的10%。
资源浪费严重：系统运行过程中需消耗大量冷却水用于蒸汽冷凝，同时产生高浓度废水，增加污水处理成本。
运行弹性差：抽气能力受蒸汽压力波动影响显著，对进气量变化的适应能力弱，易导致真空度不稳定，影响分馏精度。
据工业统计数据，一套处理量适中的减压蒸馏装置，其传统抽真空系统每小时消耗高压蒸汽可达4.689吨，运行成本居高不下。
二、 液环真空泵的工作原理与技术特性
2.1 液环泵的基本构造与运行机制
液环真空泵属于容积式流体机械。其核心结构包括：泵体、偏心地安装在泵体内的叶轮、吸气口与排气口。
工作时，泵内注入一定量的工作液（通常为水或工艺介质）。当叶轮旋转时，工作液在离心力作用下被甩向泵体内壁，形成一个与泵腔同心的旋转液环。由于叶轮与泵体呈偏心布置，叶轮轮毂与液环之间形成了若干密闭的月牙形空腔。
吸气过程：叶轮在前半转过程中，空腔容积逐渐增大，内部压力降低，气体通过吸气口被吸入。
压缩与排气过程：叶轮在后半转过程中，空腔容积逐渐减小，气体被液环压缩，当压力达到排气压力时，气体通过排气口排出。
2.2 等温压缩特性
液环泵最显著的技术特征是等温压缩。在压缩过程中，被抽气体被工作液完全包围，压缩产生的热量绝大部分被工作液吸收并带走，气体温升通常不超过10℃。
这一特性使其在处理易燃易爆、易聚合或强腐蚀性气体时具有极高的安全性。
2.3 工况适应性
与传统机械式真空设备相比，液环泵具有以下技术优势：
介质耐受性强：允许气体中夹带液体液滴和固体颗粒（如催化剂粉尘、焦粉），无需高精度的前置过滤装置。
抗波动能力高：对入口压力波动和抽气量变化不敏感，运行平稳。
结构简单可靠：仅有一个运动部件（叶轮），无金属与金属的直接接触摩擦，无气阀、链条等易损件，维护成本低。
三、 复合真空系统改造的经济效益分析
3.1 改造方案概述
针对传统全蒸汽喷射系统的弊端，目前主流的改造方案为采用“一级蒸汽喷射器 + 液环真空机组”的复合式真空系统。
该方案保留了一级蒸汽喷射器作为增压前端，利用液环泵替代原有的二级、三级蒸汽喷射器承担主要的抽气与压缩任务。
3.2 能耗数据对比
以下是某炼厂减压塔顶抽真空系统改造前后的运行数据对比。数据来源于该装置的实际运行记录。
注：成本核算标准：蒸汽88元/吨，冷却水0.3元/吨，电价0.5元/kWh。
根据上表计算，改造后系统每小时可节约运行费用182.56元。按炼化装置年运行时数8760小时计算，年节约运行费用约为159.9万元。
3.3 投资回报分析
虽然复合系统增加了液环真空机组的设备采购与安装费用，但由于其节能效果显著，新增投资可在不到一年的时间内通过节省的能源费用收回。
此外，液环泵的应用提高了减压塔的真空度，进而提升了塔内传质传热效率，增加了目标产品的抽出率，带来了额外的经济效益。
四、 液环压缩机在火炬气回收中的应用
炼化行业普遍存在火炬气回收的需求。火炬气具有组分复杂（分子量变化范围10-50）、含固体杂质、含H₂S腐蚀性气体、气量波动大等特点，对压缩设备提出了严峻挑战。
4.1 传统压缩技术的局限性
在火炬气回收领域，曾先后使用过往复活塞式压缩机和螺杆式压缩机，但均存在明显短板：
往复活塞式压缩机：依靠活塞往复运动压缩气体。由于火炬气中含有丁二烯等易聚合组分，在压缩过程中（排气温度可达110℃左右）极易在气阀和气缸内结焦积碳，导致频繁故障停机。此外，该机型附属设备多（分离罐、冷却器等），占地面积大，维护工作量大。
螺杆式压缩机：通过阴阳转子啮合输送气体。其对进气洁净度要求极高，微小的液滴或粉尘都会导致转子磨损。同时，其允许的入口压力波动范围极窄（-5kPa.G ~ 40kPa.G），且流量调节范围有限（<50%）。若采用回流调节，会导致排气温度急剧升高，存在转子抱死的风险。
4.2 液环压缩机的应用优势
自2000年以来，液环式压缩机（如2BE1/2BE3系列）逐渐成为火炬气回收的主流设备。其在应对复杂工况时的表现优于传统设备：
介质适应性强：允许气体中夹带大量液体和固体颗粒，无需复杂的预处理系统。
运行稳定：入口压力波动和抽气量变化对泵的性能影响极小，无需设置大型气柜进行缓冲。
安全可靠：等温压缩过程杜绝了因温升过高引发的爆炸风险，且可选用不锈钢、钛材、哈氏合金等材质以应对H₂S腐蚀。
维护成本低：结构简单，易损件少，全生命周期维护费用显著低于往复机和螺杆机。
五、 液环设备的选型设计与关键技术
为确保液环真空系统在炼化装置中的长期稳定运行，需重点关注以下设计与选型要素：
5.1 入口真空度的确定
液环泵入口真空度的设定直接影响系统投资与运行成本。
若入口真空度设定过高，液环泵需处理的气量增大，要求泵的规格和电机功率相应增加，导致一次性投资上升。
若入口真空度设定过低，前级蒸汽喷射器的蒸汽耗量将大幅增加，导致运行成本上升。
根据工程经验，通常将液环泵入口真空度设定在200mmHg左右，可实现投资与运行费用的平衡。
5.2 系统组件的合理配置
分离器设计：需保证气液充分分离，并确保工作液有足够的停留时间以维持液位稳定，满足液环泵对工作液量的需求。
换热器设计：需保证足够的换热面积，控制工作液温度，防止因工作液温度升高导致真空度下降。
管路与阀门：应设计合理的自动补排液系统，确保在无循环工况下工作液参数的稳定。
5.3 先进结构设计
现代液环压缩机采用悬臂锥体设计，相较于传统的平圆盘结构，具有显著的技术进步：
效率高：锥体分配结构优化了液压效率，轴功耗更低，排出压力最高可达10bar以上。
寿命长：专利的径向力平衡设计降低了轴承负荷，运行噪音低（82-85dB(A)），振动小。
维护便捷：仅需一套机械密封，通过调整叶轮轴向位置即可调整内部间隙，无需拆解泵体。
六、 结论
在炼化行业推进节能降耗与绿色转型的背景下，淘汰高耗能的多级蒸汽喷射器已成为必然趋势。应用液环真空泵及压缩机构建的复合式真空系统，不仅能显著降低蒸汽与冷却水的消耗量，还能大幅提升装置运行的稳定性与安全性。
实际案例证明，通过对减压蒸馏抽真空系统进行改造，企业可实现年节支百万元以上的经济效益，且投资回收期短。
同时，在火炬气回收等苛刻工况下，液环技术展现了无可替代的工况适应能力。建议炼化企业在新建项目或技术改造中，可考虑采用液环真空技术实现能效提升。
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