張云濤

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362100)

丙烯制冷壓縮機干氣密封氣源存在的問題與研究

張云濤

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362100)

討論了甲醇制烯烴工業(yè)裝置丙烯制冷壓縮機干氣密封在開停工過程中存在的問題，提出并實施了相應(yīng)的技術(shù)改造措施，保證丙烯制冷壓縮機開工調(diào)整穩(wěn)定運行，降低裝置丙烯損失。

丙烯制冷壓縮機 ; 干氣密封 ; 技術(shù)改造 ; 丙烯損失

甲醇制烯烴技術(shù)中烯烴分離裝置負(fù)責(zé)對MTO產(chǎn)品氣進行分離，從而生產(chǎn)出聚合級乙烯、丙烯產(chǎn)品，供下游生產(chǎn)裝置利用[1]。丙烯制冷壓縮機作為烯烴分離裝置的核心，負(fù)責(zé)為精餾系統(tǒng)提供必要的制冷源[2]?？梢哉f，丙烯制冷壓縮機的運行情況直接決定了裝置的運行穩(wěn)定性，隨著近幾年商業(yè)化應(yīng)用，也暴露出了一些問題。例如，某新建烯烴分離裝置丙烯制冷壓縮機在開停工期間，氮氣作為丙烯壓縮機主密封氣源，并入丙烯壓縮機工藝系統(tǒng)，導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機開工期間，丙烯冷劑溫度不穩(wěn)定，直接影響烯烴分離丙烯冷劑用戶運行，同時氮氣存于丙烯制冷壓縮機系統(tǒng)，需及時排放丙烯壓縮機系統(tǒng)不凝氣至火炬系統(tǒng)，造成大量丙烯損失。

通過對某新建1 800 kt/a甲醇制烯烴裝置丙烯制冷壓縮機干氣密封系統(tǒng)的流程分析、研究，確定了改造方案，并經(jīng)生產(chǎn)實踐，確定了更改干氣密封氣源后丙烯制冷壓縮機穩(wěn)定運行的良好效果。

1 丙烯制壓縮機干氣密封開停工狀態(tài)

1.1 干氣密封

氣體密封多年來一直是個難以解決的問題，而干氣密封突破了密封潤滑油的限制，是密封技術(shù)的一次革命。由于干氣密封屬于非接觸式密封，不受PV值的限制，因此干氣密封特別適合作為在高速高壓條件下的大型離心壓縮機組軸封，而且其所需的氣體控制系統(tǒng)比接觸式密封的油系統(tǒng)要簡單得多。

丙烯制冷壓縮機系統(tǒng)是一個密閉循環(huán)系統(tǒng)，提供三級制冷。整個機組采用潤滑油站供油潤滑，壓縮機的軸端密封采用干氣密封，透平采用杭州汽輪機廠生產(chǎn)的全凝式汽輪機[3]。主密封氣和隔離氣流程如下：

1.1.1 一級密封氣

一級密封氣經(jīng)過濾器過濾達到精度要求后，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)至高于平衡管和火炬壓力后進入缸體兩端的一級密封腔。一級密封氣體絕大部分經(jīng)迷宮返回到機內(nèi)，阻止機內(nèi)氣體外漏污染密封，少量氣體經(jīng)過密封端面泄漏至第一級密封排氣腔。

1.1.2 二級密封氣

氮氣經(jīng)過濾器過濾達到精度要求后，再經(jīng)壓力自調(diào)閥進入二級密封腔。此部分氣體中少量通過密封端面泄漏到二級密封排氣腔，到室外放空；另外大部分氣體經(jīng)迷宮密封泄漏到一級密封排氣腔，與一級密封泄漏氣混合后放火炬。

1.1.3 隔離氣

經(jīng)過濾器過濾后的氮氣進入隔離氣室，經(jīng)后置迷宮的前端后與二級密封端面泄漏的氣體混合，引至安全地點放空。

1.1.4 放火炬氣

一級密封泄漏氣與大部分二級密封氣的混合氣分別經(jīng)流量計后放火炬。

1.2 丙烯壓縮機開工干氣密封狀態(tài)

①投用隔離氣。打通隔離氣流程，使隔離氣的流量維持在9.45 Nm3/h。②投用一級密封氣。投用一級密封氣開工中壓氮氣，打開氮氣閥門，控制氮氣流量為40.3 Nm3/h。③投用二級密封氣。投用二級密封氣低壓氮氣，使緩沖氣流量維持在21.5Nm3/h。④火炬排放。全開火炬排放閥，排放壓力約0.036 MPa為正常。⑤一級密封氣切自身。當(dāng)丙烯壓縮機三段排出壓力穩(wěn)定且高于1.0 MPa時，打開三段排出至一級密封氣閥門，關(guān)閉一級密封氣開工中壓氮氣。

1.3 丙烯壓縮機停工干氣密封狀態(tài)

當(dāng)丙烯壓縮機停車后，三段排出壓力下降，應(yīng)及時打開一級密封氣開工中壓氮氣，關(guān)閉丙烯機三段排出至一級密封氣閥門。

2 存在問題及改造措施

2.1 存在問題

按照上述常規(guī)丙烯壓縮機開停工干氣密封投用流程，導(dǎo)致大量氮氣進入丙烯制冷壓縮機工藝系統(tǒng)，丙烯制冷壓縮機開工暖機到三段排出壓力高于1.0 MPa大約需要1 h(正常狀態(tài)下)，三段排出壓力高于1.0 MPa后關(guān)閉開工中壓氮氣，投用自身密封氣。氮氣進入丙烯制冷壓縮機工藝系統(tǒng)，導(dǎo)致丙烯機三段排出溫度過高，各級別丙烯冷劑溫度達不到設(shè)計溫度，影響烯烴分離裝置整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。將丙烯制冷壓縮機內(nèi)不凝氣排至火炬系統(tǒng)，提高丙烯制冷壓縮機丙烯純度，各級別丙烯冷劑溫度逐漸到達設(shè)計溫度，在此過程中大量丙烯排至火炬系統(tǒng)，造成丙烯損失，初步估算大約排放約5 t丙烯。

2.2 改造措施

為此，對常規(guī)丙烯制冷壓縮機干氣密封流程進行分析、改造，考慮利用丙烯保護床汽化丙烯加熱系統(tǒng)，將過熱氣相丙烯引至主密封氣，而不是在開停工階段使用中壓氮氣，防止大量氮氣進入丙烯制冷壓縮機工藝系統(tǒng)，從而保證丙烯制冷壓縮機系統(tǒng)穩(wěn)定運行，降低丙烯損失。根據(jù)丙烯制冷壓縮機干氣密封數(shù)據(jù)表，由裝置丙烯保護床加熱器管道引一條DN25管線至丙烯制冷壓縮機主密封氣，開工及停工階段，使過熱的氣相丙烯進入丙烯制冷壓縮機干氣密封系統(tǒng)，替代中壓氮氣，防止氮氣進入丙烯制冷壓縮機工藝系統(tǒng)。

2.3 開工氣相丙烯投用及切除步驟

丙烯制冷壓縮機在停機后打開中壓氮氣閥1，關(guān)閉三段排出至一級密封氣閥2，啟機后當(dāng)丙烯制冷壓縮機三段排出壓力正常后由打開三段排出至一級密封氣閥2，關(guān)閉中壓氮氣閥1，見圖1。停工至開工期間內(nèi)大量氮氣積聚丙烯制冷壓縮機內(nèi)，只有通過排放或循環(huán)返至前系統(tǒng)，造成大量丙烯損失。通過技改技措，增加過熱氣相丙烯線至丙烯制冷壓縮機主密封氣管線，用于停工和開工階段使用，降低丙烯損失。

1.中壓氮氣一級密封氣切斷閥 2.三段排出至一級密封氣切斷閥

改造后的丙烯制冷壓縮機開工工藝流程：關(guān)閉三段排出至一級密封氣閥5和開工中壓氮氣閥4，建立開工液相丙烯→丙烯加熱器1→丙烯過熱器2→一級密封氣閥3，開工氣相丙烯以一定流量加熱器過熱器進入丙烯制冷壓縮機干氣密封系統(tǒng)，當(dāng)丙烯制冷壓縮機三都排出壓力達到1.0 MPa后，打開三段排出至一級密封氣閥5，關(guān)閉開工氣相丙烯閥3。丙烯制冷壓縮機停工，投用開工液相丙烯→丙烯加熱器1→丙烯過熱器2→一級密封氣閥3，關(guān)閉三段排出至一級密封氣閥5，見圖2。

在丙烯制冷壓縮機開工及停工階段，投用開工氣相丙烯應(yīng)為過熱狀態(tài)，防氣相丙烯帶液損壞機組干氣密封，這也是為什么不用丙烯球罐頂部的氣相丙烯線的主要原因。

1.0.46 MPa蒸汽加熱器 2.0.46 MPa蒸汽過熱器 3.氣相丙烯切斷閥 4.中壓氮氣一級密封氣切斷閥 5.三段排出至一級密封氣切斷閥

3 改造后的效益分析

通過對丙烯制冷壓縮機干氣密封系統(tǒng)改造，改變了丙烯制冷壓縮機開停工期間干氣密封使用中壓氮氣，實現(xiàn)丙烯制冷壓縮機內(nèi)開停工期間無不凝氣。根據(jù)某新建1 800 kt /a甲醇制烯烴裝置丙烯制冷壓縮機近期實際開停工運行數(shù)據(jù)，在一個開工周期內(nèi)，共減少放火炬丙烯5 t，穩(wěn)定開工時間縮短3 h，即降低系統(tǒng)放火炬調(diào)整時間3 h。丙烯按市場價7 000元/t，共計節(jié)約3.5萬元，1 800 kt /a甲醇投料按70%負(fù)荷計算，甲醇進料量160 t/h，甲醇按市場價2 000元/t，共計節(jié)約96萬元，經(jīng)過此次改造，每次開工或停工階段都將節(jié)省約99.5萬元。

4 結(jié)束語

通過對丙烯制冷壓縮機干氣密封進行改造，采用一條過熱氣相丙烯至丙烯制冷壓縮機主密封氣，防止氮氣進入丙烯制冷壓縮機工藝系統(tǒng)，具有良好的可行性及可觀的經(jīng)濟效益。相比改造前工況能大大縮短穩(wěn)定開工時間，節(jié)省了開車成本。

[1] 王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運行[M].北京:中國石化出版社,2009:31-33.

[2] 李祚輝.探討甲醇制烯烴(MTO)裝置丙烯制冷壓縮機穩(wěn)定運行[J].科技資訊,2015(12):88-89.

[3] 許榮玉,肖瑞兵.丙烯壓縮機干氣密封系統(tǒng)的改造[J].安徽化工,2014,40(6):63-66.

2017-02-04

張云濤(1983-)，男，工程師，從事乙烯裝置生產(chǎn)管理工作，電話：18965550542。

TQ050.7

B

1003-3467(2017)04-0051-03