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制冷压缩机改造应用分析

压缩机系统的技术改造应用分析

1、概述
随着裂解炉的不断改造,生产能力不断提高,后续压缩机单元的生产能力能否适应乙烯装置负荷的不断提高,成为制约乙烯装置负荷提高的重要因素。然而,压缩机中裂解气压缩机系统(GB201)段间温度高、段间压力高、夏季真空度高、汽油产量大、负荷过重;制冷压缩机系统特别是丙烯制冷压缩机系统(GB501)出口压力高、换热器与段间罐两者间相互抢量、段间罐不能建立液位、夏季真空度高等问题都制约着生产负荷的提高。针对这些问题,乙烯车间研究了许多解决方法,确立了乙烯装置的技术改造方案,技术改造在一次次检修中顺利进行,最终解决了影响装置负荷的瓶颈,保证了乙烯装置高负荷生产的能力。
2、压缩系统概况
压缩系统主要包括五大压缩机系统,分别是裂解气压缩机系统(GB201),丙烯制冷压缩机系统(GB501),乙烯制冷压缩机系统(GB601),甲烷制冷压缩机系统(GB350),燃料气压缩机系统(GB351)。
裂解气压缩机系统(GB201)为蒸汽透平驱动的离心式五段压缩系统,主要目的是提高分离的深冷分离操作温度,节约低温能量和低温材料;同时加压会使裂解气中的水与重烃冷凝,除去水分和重烃,减少分离干燥脱水和精馏分离的负担。
丙烯制冷压缩机系统(GB501)是蒸汽透平驱动的离心式四段压缩的闭路系统。其工作原理是压缩→冷凝→减压→蒸发。压缩——外界对系统作压缩功,提高冷剂的压力。冷凝——气态冷剂冷凝到液态冷剂,并在高温下向冷却水放热。膨胀——高压液态冷剂在节流阀中降压,由于压力降低,相应的沸点也降低,当液体的沸点低于当时的温度时,一部分液态冷剂蒸发,液体蒸发时必然要吸收热量,但由于膨胀过程发生很快,节流阀周围外界来不及供热,这部分热量则由降低自身内能来供给,所以高压液态冷剂节流后温度下降,膨胀成为低温低压的气液混合物。蒸发——液态冷剂蒸发为气体,并在低温下从制冷对象(冷剂用户)吸收热量,使制冷物质降温,以达到制冷工艺的要求。丙烯制冷压缩机(GB501)将气态丙烯增压至1.6MPa左右,用冷却水将气体丙烯冷凝成液体丙烯,丙烯的冷凝温度在38℃左右,再利用节流、膨胀原理,使液态丙烯在节流阀中降压,使其液相沸点降低,通过蒸发,使液态丙烯在换热器中,蒸发成气态丙烯,吸收用户的热量,从而达到制冷的目的。该系统可以提供四个温度级位的冷剂:-40℃,-25℃,-7℃和15℃。
其工艺流程简图如图1。
乙烯制冷压缩机系统(GB601)的工作原理与丙烯制冷压缩机系统(GB501)基本相同,该系统可以提供以下三个温度级位的冷剂:-101℃,-75℃和-62℃。它们构成复迭制冷,共同为后续系统提供冷量。其工艺流程简图如图2。
燃料气压缩机系统(GB351)为电气驱动的二段压缩系统,甲烷制冷压缩机系统(GB350)为电气驱动的四段压缩系统。它们是在高温高负荷的情况下,弥补丙烯制冷压缩机系统(GB501)和乙烯制冷压缩机系统(GB601)复迭制冷提供冷量的不足。

1.丙烯制冷压缩机2.丙烯收集罐3.一段吸入罐4.二段吸入罐5.三段吸入罐6.四段吸入罐7~10.各级别丙烯用户11~12.冷却器
图1 丙烯制冷压缩机系统工艺流程简图

1.乙烯制冷压缩机2.乙烯收集罐3.一段吸入罐4.二段吸入罐5.三段吸入罐6~8.各级别乙烯用户9~11.冷却器
图2 乙烯制冷压缩机系统工艺流程简图
3、压缩系统的技术改造
3.1 压缩机机组和汽油汽提塔的新建与改造
生产负荷的提高使丙烯制冷压缩机系统(GB501)和乙烯制冷压缩机系统(GB601)的负荷大大增加。为了分担它们的负荷,保持生产正常运行,压缩单元新增加甲烷制冷压缩机系统(GB350)和燃料气压缩机系统(GB351)。甲烷制冷压缩机系统(GB350)使用高压甲烷作为冷剂,弥补了冷量的不足,同时将压缩过的高压甲烷送至燃料气压缩机系统(GB351)处理后送往燃料气系统,从而减轻了高压甲烷在系统中的重复做功,减轻了裂解气压缩机系统(GB201)的负荷。它们的建成投用弥补了制冷压缩机(GB501、GB601)提供冷量的不足,有利于乙烯装置的高负荷生产。
由于乙烯装置生产负荷的提高,裂解气压缩机系统(GB201)的负荷也随之增加,主要表现为:系统中重烃较多,在急冷水塔(E-DA104)和裂解气压缩机系统(GB201)反复回旋,使裂解气压缩机系统(GB201)负荷过重,制约了乙烯装置负荷的提高,于是对GB201系统进行了系列技术改造。
如表1所示,2000年对GB201系统进行了技术改造a,即新建汽油汽提塔(E-DA201)。在二段吸入罐(E-FA202)中增加汽油槽,使重烃物质经GA208A/B/C进入汽油汽提塔(E-DA201),经塔内气液分离后,塔顶轻组分气体回到一段吸入罐,返回裂解气压缩机系统(GB201),塔底粗汽油由EGA201A/B/C送往罐区,从而减轻了裂解气压缩机系统(GB201)的负荷,提高了生产能力。同时更换了碱洗塔(E-DA203)的填料,将凝液汽提塔(EDA202)原有浮阀塔板改造为DJ-3型塔板。近年来,汽油汽提塔(E-DA201)由于塔板效率不足,不能满足乙烯装置高负荷运行。于是,在2011年大检修中,乙烯车间对汽油汽提塔(E-DA201)塔板进行技术改造d,将浮阀式塔板全部更换为DJ-5型高效塔板,大大改善了汽油汽提塔(E-DA201)的汽油汽提效果,有利于生产负荷的提高。
3.2 临时线的新建与改造
乙烯装置负荷不断提高,丙烯制冷压缩机系统(GB501)的工作能力严重制约着生产负荷的提高,特别是夏季温度较高,丙烯制冷压缩机系统(GB501)经常出现出口高温高压,冷剂用户和吸入罐抢量等现象,使丙烯制冷压缩机系统(GB501)大幅波动,影响后续系统的平稳,因此只有降低生产负荷以维持平稳生产。针对这一问题,大检修期间,对
丙烯制冷压缩机系统(GB501)的出口冷凝器进行技术改造,并在丙烯制冷压缩机系统(GB501)中新建了多条临时线。
表2中临时线a是从E-FA506(丙烯冷剂收集罐)出口至E-FA504(四段吸入罐)底部UC阀新建临时线,由于乙烯装置投产后,在夏季,丙烯制冷压缩机系统(GB501)出口经常高温高压,用此临时线维持丙烯制冷压缩机系统(GB501)的排出压力。这一技术改造基本上解决了夏季装置低负荷的瓶颈。
随着裂解炉的不断改造,乙烯装置的负荷进一步提高,裂解气压缩机段间换热器负荷加大,EEA209(五段后冷却器)的负荷加大,从而导致丙烯制冷压缩机系统(GB501)三段冷剂用户负荷增大,特别是E-EA209(三段冷剂用户),E-EA412(三段冷剂用户)和E-FA503出现争抢量现象,导致低压脱丙烷塔(E-DA404)塔顶压力升高出现放火炬情况。于是,在2008年检修期间,将临时线b改造成c1和c2两条临时线,从而保证了三段冷剂用户的液位。同时,在E-EA501B的出口至临时线a上新建一条临时线d,也有效降低了丙烯制冷压缩机系统(GB501)的出口压力。

表1 GB201系统的系列技术改造

表2 GB501系统的临时线
2010年,乙烯装置经历小的检修,可能是装置的工况发生了变化,整个丙烯制冷压缩机系统(GB501)出现大的波动,原有的几条临时线不能维持EFA502,E-FA503和二段、三段冷剂用户的液位。在高温情况下,低压脱丙烷塔(E-DA404)和脱乙烷塔(E-DA401)塔压高居不下,乙烯装置只有将负荷由检修前的67T/H 降低到60T/H,以维持生产运行。这一问题再一次制约了乙烯负荷的提高,于是,再对另一条临时线b进行了技术改造,即表2中e1和e2,其位置分别是E-FA504至E-FA503和E-FA504至EFA502。同时,又增加了临时线f,即E-FA504至EEA412的临时线,当E-EA412的液位在以上几条临时线的调节下仍不能满足时,可以投用此临时线以保证E-EA412的液位。这次技术改造以后,段间罐液位和冷剂用户液位再次找到平衡点,乙烯装置的负荷得以恢复。
2013年,E-DA202的再沸器E-EA211工作状况极差,为了E-DA202的正常运行,E-EA211需切出清洗。由于E-EA211进料阀内漏阻碍了E-EA211的正常切出,同时考虑到E-DA202可以单独切出检修,新增一条E-FA203至E-GA208的临时线,当EDA202需要单独切出时,裂解气压缩机系统这股负
荷将有此临时线送至E-DA201,从而实现了不影响正常生产的情况下,对E-DA202的切出。
4、意义与展望
乙烯装置通过新建甲烷制冷压缩机系统(GB350)、新建燃料气压缩机系统(GB351)、新建汽油汽提塔(DA201),新建换热器、扩容换热器、新增临时线以及对它们的技术改造等,解决了一个又一个的生产瓶颈,从而保证了乙烯装置持续高负荷生产的能力。
裂解单元革命式的技术改造,势必带来乙烯装置的新生,压缩系统也将面临着新的挑战。面对新的挑战,在丰富技术改造经验的指导下,压缩系统一定可以通过新的技术改造迎接将来的挑战,从而保证乙烯装置安全高效的生产。 
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