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        丙烯制冷系統(tǒng)消耗與優(yōu)化

        2014-12-31 00:00:00李德志

        【摘 要】重點介紹了丙烯制冷裝置消耗偏高的原因分析,及如何徹底解決冷凍系統(tǒng)超壓,并減少丙烯的消耗的對策,通過技術改造在保證了冷凍系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下給低溫甲醇洗工序提供了足夠的制冷量,實現(xiàn)了系統(tǒng)最優(yōu)化控制,并在兗礦國宏年產(chǎn)50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置得到了驗證,以及下一步改造方向。

        【關鍵詞】丙烯制冷;消耗;增壓系統(tǒng);放空

        兗礦國宏公司年產(chǎn)50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置是國內(nèi)規(guī)模較大且投用較早的裝置,本裝置的核心設備為透平機拖動的離心式壓縮機,設計一段入口氣量為42050Nm3/h,壓力為0.02MPa,溫度為-40℃,出口壓力為1.8MPa。本裝置以丙烯為介質(zhì),通過壓縮機壓縮,用循環(huán)水冷凝然后送至低溫甲醇洗裝置節(jié)流降壓蒸發(fā),達到制冷效果以補充對低溫甲醇洗各深冷器冷量損失。本裝置壓縮機的一段入口溫度和二段出口壓力為重點控制指標,影響該指標的因素除了壓縮機轉(zhuǎn)速和水冷器換熱效果外,系統(tǒng)中的氮氣含量成為最主要影響,因此在開停車過程中如何減少氮氣進入系統(tǒng)顯得尤其重要,本裝置經(jīng)過工藝操作優(yōu)化和改造后,基本實現(xiàn)了丙烯零消耗,為國內(nèi)同行業(yè)裝置創(chuàng)造了典范。

        1.丙烯制冷工藝流程簡介

        壓力約1.8MPa溫度約40℃液體丙烯從槽車導入丙烯貯槽,一部分作為制冷劑給變換氣制冷,另一部分回收低溫甲醇洗尾氣冷量,然后液相丙烯進入丙烯閃蒸槽,丙烯閃蒸槽內(nèi)的液相丙烯一部分進入低溫甲醇洗各深冷器作制冷劑,另一部分進入丙烯分離器以維持丙烯分離器液位,經(jīng)過低溫甲醇洗各深冷器制冷后的氣相丙烯同樣進入丙烯分離器,丙烯分離器和丙烯閃蒸槽內(nèi)的氣相丙烯分別作為壓縮機的一段、二段入口氣進入丙烯壓縮機,經(jīng)壓縮機加壓后進入丙烯冷凝器,冷凝的液相丙烯進入丙烯貯槽,從而形成一個閉路循環(huán)。

        2.影響制冷效果及消耗的主要因素

        2.1壓縮機轉(zhuǎn)速

        本系統(tǒng)主要控制2個工藝指標,壓縮機一段入口溫度-40℃≤t≤-36℃,另一個是壓縮機二段出口壓力p≤1.8MPa(G)。壓縮機轉(zhuǎn)速的改變對以上兩項指標影響明顯,隨著轉(zhuǎn)速的提高壓縮機一段入口溫度下降明顯,同時壓縮機壓縮比增大再通過調(diào)節(jié)防喘振閥壓縮機二段出口壓力上升,特別是在夏季受外界氣溫的影響,裝置需要為低溫甲醇洗補充更多的冷量.

        2.2系統(tǒng)內(nèi)氮氣含量高

        2.2.1系統(tǒng)長期停車或大修停車后大量氮氣存于系統(tǒng)

        丙烯系統(tǒng)在長期停車時需將丙烯閃蒸槽、丙烯分離器及低溫甲醇各丙烯冷卻器內(nèi)的丙烯液用氮氣全部導入丙烯貯槽,然后氣相丙烯及氮氣混合氣體通過放空管線排放至火炬系統(tǒng)燃燒,系統(tǒng)內(nèi)仍保持氮氣微正壓,目的是防止隨著外界環(huán)境溫度的升高系統(tǒng)內(nèi)壓力不斷上升,從而導致壓縮機缸體內(nèi)的污物損壞壓縮機干氣密封,工藝處理過程中丙烯損失約3噸,直接經(jīng)濟損失約4萬元;在系統(tǒng)大修時更需要將系統(tǒng)內(nèi)的丙烯全部導出,由于約30%液相丙烯是存留在系統(tǒng)管道內(nèi)的,在導丙烯至槽車過程中部分液相丙烯閃蒸,最多也只能導出80%液相丙烯,其他的丙烯再經(jīng)過氮氣置換,排放至火炬系統(tǒng)燃燒,直接損失丙烯約14噸,且系統(tǒng)氮氣置換后保持氮氣微正壓,工藝處理直接經(jīng)濟損失約18萬元,造成的環(huán)境污染更加嚴重。

        2.2.2短期開停車時大量氮氣進入系統(tǒng)

        在裝置開停車時壓縮機干氣密封一級密封氣需切換成中壓氮氣,進氣量約2×200Nm3/h,特別是在汽輪機冷態(tài)開車時,只有壓縮機出口壓力大于入口壓力0.2-0.3MPa時才能切換成工藝氣,時間大約3小時,進入系統(tǒng)中的氮氣量約1200Nm3,如此大量的氮氣進入系統(tǒng)最終會積聚在壓縮機出口,由于氮氣在丙烯冷凝器中不能冷凝成液態(tài),最終導致壓縮機出口超壓,甚至引起壓縮機喘振,所以要將丙烯氣中的氮氣經(jīng)過放空管線排放至火炬系統(tǒng)燃燒。根據(jù)以往開車經(jīng)歷統(tǒng)計,每次壓縮機開車丙烯放空量約7噸,直接經(jīng)濟損失約9萬元。

        2.3丙烯冷凝器換熱效果差

        由于各種原因丙烯系統(tǒng)壓力超壓而被迫放空,特別是在炎熱的夏季,在投用噴淋水的情況下仍然不能滿足工藝需求,造成一次水及丙烯的消耗增加。

        2.4其他引起丙烯消耗高的因素

        除上述主要引起丙烯制冷效果差造成丙烯消耗增加的因素外,還有如下幾點應當引起注意:

        (1)穩(wěn)定透平機的安全運行。

        (2)消除跑冒滴漏。

        (3)維護好干氣密封的穩(wěn)定運行。

        3.工藝優(yōu)化及技術改造

        3.1選擇適宜的放空點

        丙烯系統(tǒng)開車時壓縮機出口超壓是引起被迫放空的直接原因,壓縮機出口一般設置安全閥且安全閥有旁路,出口氣相丙烯進入丙烯冷凝器,在四臺丙烯冷凝器(分兩級冷卻)上均設有丙烯放空管線,為減少放空時丙烯夾帶量過多,應選擇適宜的放空點,二級冷凝器放空管線是經(jīng)過一級冷卻后的氣液混合物,其中氮氣含量相對比其他放空點要多,因此從二級冷凝器放空管線放空可以減少丙烯消耗。

        3.2丙烯靜態(tài)置換

        系統(tǒng)開車初期,為確保系統(tǒng)氮氣置換露點合格并不混入空氣,丙烯貯槽在充裝丙烯前系統(tǒng)保持氮氣微正壓,造成開車過程中丙烯消耗較大。隨著生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷增長,我們逐步找到了一些盡可能減少丙烯消耗的措施,靜態(tài)置換就是其中比較有效的一例。在丙烯貯槽充裝完丙烯后,通過正常導液程序,控制少量丙烯進入系統(tǒng),選擇系統(tǒng)中較高的幾個排氣點,逐步用丙烯氣置換出系統(tǒng)中的氮氣,再通過分析,保證最高排氣點的氮氣含量低于5%即可。這樣就可以保證在開車過程中減少因氮氣含量高引起的丙烯消耗過大問題。

        3.3干氣密封增加增壓系統(tǒng)

        丙烯壓縮機軸端密封為TM02D 型帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封系統(tǒng),正常工作時采用壓縮機組出口氣作為一級密封氣,在開停車時切換成中壓氮氣,是丙烯中混有氮氣的主要原因,造成極大的浪費。干氣密封增壓系統(tǒng)的投用,可以在機組開停機時不再使用氮氣作一級密封氣,而使用機內(nèi)工藝氣—丙烯氣,從而不需要丙烯氣置換氮氣的過程,避免了丙烯氣的浪費。增壓系統(tǒng)的核心為氣體驅(qū)動增壓器,它從壓縮機內(nèi)抽出氣體,增壓后返回干氣密封系統(tǒng)作為一級密封氣,再注入機內(nèi),確保了密封氣的正常供給。增壓器采用氮氣為驅(qū)動氣源,無油潤滑,節(jié)省了電能并保證密封氣的潔凈;另外,增壓系統(tǒng)設置聯(lián)鎖,當主密封氣壓力與平衡管差壓低于0.1MPa時增壓系統(tǒng)自動啟動,當主密封氣與平衡管差壓高于0.15MPa時增壓系統(tǒng)自動停止,裝置完全自動化。

        4.結語

        在兗礦國宏化工有限責任公司年產(chǎn)50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置生產(chǎn)過程中,我們總結出了降低丙烯消耗且提高制冷效果的因素,通過系統(tǒng)靜態(tài)置換和技術改造減少了氮氣進入系統(tǒng),可以大大減少丙烯作為生產(chǎn)成本的消耗,能夠較快的給低溫甲醇洗各深冷器提供足夠的冷量,減少了低溫甲醇洗溶液系統(tǒng)的降溫時間,真正實現(xiàn)了節(jié)能降耗,創(chuàng)造了經(jīng)濟效益,并在一定程度上減少了溫室氣體CO2的排放。

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