壓縮機系統的技術改造

李英存

(中石化中原石油工程設計有限公司，河南濮陽，457001)

壓縮機系統的技術改造

李英存

(中石化中原石油工程設計有限公司，河南濮陽，457001)

針對某單位乙烯裝置生產負荷的提高所導致的壓縮機制冷效果差等一系列的問題，乙烯車間數年來不斷對壓縮機系統進行技術改造，從而解決了生產瓶頸問題，達到了降低能耗、穩定生產的目的。

裂解爐 負荷 塔 臨時線 改造

1 前言

隨著裂解爐的不斷改造，生產能力不斷提高，后續壓縮機單元的生產能力能否適應乙烯裝置負荷的不斷提高，成為制約乙烯裝置負荷提高的重要因素。然而，壓縮機中裂解氣壓縮機系統(GB201)段間溫度高、段間壓力高、夏季真空度高、汽油產量大、負荷過重；制冷壓縮機系統特別是丙烯制冷壓縮機系統(GB501)出口壓力高、換熱器與段間罐兩者間相互搶量、段間罐不能建立液位、夏季真空度高等問題都制約著生產負荷的提高。針對這些問題，乙烯車間研究了許多解決方法，確立了乙烯裝置的技術改造方案，技術改造在一次次檢修中順利進行，最終解決了影響裝置負荷的瓶頸，保證了乙烯裝置高負荷生產的能力。

2 壓縮系統概況

壓縮系統主要包括五大壓縮機系統，分別是裂解氣壓縮機系統(GB201)，丙烯制冷壓縮機系統(GB501)，乙烯制冷壓縮機系統(GB601)，甲烷制冷壓縮機系統(GB350)，燃料氣壓縮機系統(GB351)。

裂解氣壓縮機系統(GB201)為蒸汽透平驅動的離心式五段壓縮系統[1]，主要目的是提高分離的深冷分離操作溫度，節約低溫能量和低溫材料；同時加壓會使裂解氣中的水與重烴冷凝，除去水分和重烴，減少分離干燥脫水和精餾分離的負擔。

丙烯制冷壓縮機系統(GB501)是蒸汽透平驅動的離心式四段壓縮的閉路系統。其工作原理[2]是壓縮→冷凝→減壓→蒸發。壓縮——外界對系統作壓縮功，提高冷劑的壓力。冷凝——氣態冷劑冷凝到液態冷劑，并在高溫下向冷卻水放熱。膨脹——高壓液態冷劑在節流閥中降壓，由于壓力降低，相應的沸點也降低，當液體的沸點低于當時的溫度時，一部分液態冷劑蒸發，液體蒸發時必然要吸收熱量，但由于膨脹過程發生很快，節流閥周圍外界來不及供熱，這部分熱量則由降低自身內能來供給，所以高壓液態冷劑節流后溫度下降，膨脹成為低溫低壓的氣液混合物。蒸發——液態冷劑蒸發為氣體，并在低溫下從制冷對象(冷劑用戶)吸收熱量，使制冷物質降溫，以達到制冷工藝的要求。丙烯制冷壓縮機(GB501)將氣態丙烯增壓至1.6MPa左右，用冷卻水將氣體丙烯冷凝成液體丙烯，丙烯的冷凝溫度在38℃左右，再利用節流、膨脹原理，使液態丙烯在節流閥中降壓，使其液相沸點降低，通過蒸發，使液態丙烯在換熱器中，蒸發成氣態丙烯，吸收用戶的熱量，從而達到制冷的目的。該系統可以提供四個溫度級位的冷劑[3]：-40℃，-25℃，-7℃和15℃。其工藝流程簡圖如圖1。

1.丙烯制冷壓縮機 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.各級別丙烯用戶 11～12.冷卻器圖1 丙烯制冷壓縮機系統工藝流程簡圖

乙烯制冷壓縮機系統(GB601)的工作原理與丙烯制冷壓縮機系統(GB501)基本相同，該系統可以提供以下三個溫度級位的冷劑[3]：-101℃，-75℃和-62℃。它們構成復迭制冷，共同為后續系統提供冷量。其工藝流程簡圖如圖2。

1.乙烯制冷壓縮機 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.各級別乙烯用戶 9～11.冷卻器圖2 乙烯制冷壓縮機系統工藝流程簡圖

燃料氣壓縮機系統(GB351)為電氣驅動的二段壓縮系統，甲烷制冷壓縮機系統(GB350)為電氣驅動的四段壓縮系統。它們是在高溫高負荷的情況下，彌補丙烯制冷壓縮機系統(GB501)和乙烯制冷壓縮機系統(GB601)復迭制冷提供冷量的不足。

3 壓縮系統的技術改造

3.1 壓縮機機組和汽油汽提塔的新建與改造

生產負荷的提高使丙烯制冷壓縮機系統(GB501)和乙烯制冷壓縮機系統(GB601)的負荷大大增加。為了分擔它們的負荷，保持生產正常運行，壓縮單元新增加甲烷制冷壓縮機系統(GB350)和燃料氣壓縮機系統(GB351)。甲烷制冷壓縮機系統(GB350)使用高壓甲烷作為冷劑，彌補了冷量的不足，同時將壓縮過的高壓甲烷送至燃料氣壓縮機系統(GB351)處理后送往燃料氣系統，從而減輕了高壓甲烷在系統中的重復做功，減輕了裂解氣壓縮機系統(GB201)的負荷。它們的建成投用彌補了制冷壓縮機(GB501、GB601)提供冷量的不足，有利于乙烯裝置的高負荷生產。

由于乙烯裝置生產負荷的提高，裂解氣壓縮機系統(GB201)的負荷也隨之增加，主要表現為：系統中重烴較多，在急冷水塔(E-DA104)和裂解氣壓縮機系統(GB201)反復回旋，使裂解氣壓縮機系統(GB201)負荷過重，制約了乙烯裝置負荷的提高，于是對GB201系統進行了系列技術改造。

如表1所示，2000年對GB201系統進行了技術改造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，使重烴物質經GA208A/B/C進入汽油汽提塔(E-DA201)，經塔內氣液分離后，塔頂輕組分氣體回到一段吸入罐，返回裂解氣壓縮機系統(GB201)，塔底粗汽油由E-GA201A/B/C送往罐區，從而減輕了裂解氣壓縮機系統(GB201)的負荷，提高了生產能力。同時更換了堿洗塔(E-DA203)的填料，將凝液汽提塔(E-DA202)原有浮閥塔板改造為DJ-3型塔板。近年來，汽油汽提塔(E-DA201)由于塔板效率不足，不能滿足乙烯裝置高負荷運行。于是，在2011年大檢修中，乙烯車間對汽油汽提塔(E-DA201)塔板進行技術改造d，將浮閥式塔板全部更換為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，有利于生產負荷的提高。

3.2 臨時線的新建與改造

乙烯裝置負荷不斷提高，丙烯制冷壓縮機系統(GB501)的工作能力嚴重制約著生產負荷的提高，特別是夏季溫度較高，丙烯制冷壓縮機系統(GB501)經常出現出口高溫高壓，冷劑用戶和吸入罐搶量等現象，使丙烯制冷壓縮機系統(GB501)大幅波動，影響后續系統的平穩，因此只有降低生產負荷以維持平穩生產。針對這一問題，大檢修期間，對丙烯制冷壓縮機系統(GB501)的出口冷凝器進行技術改造，并在丙烯制冷壓縮機系統(GB501)中新建了多條臨時線。

表2中臨時線a是從E-FA506(丙烯冷劑收集罐)出口至E-FA504(四段吸入罐)底部UC閥新建臨時線，由于乙烯裝置投產后，在夏季，丙烯制冷壓縮機系統(GB501)出口經常高溫高壓，用此臨時線維持丙烯制冷壓縮機系統(GB501)的排出壓力。這一技術改造基本上解決了夏季裝置低負荷的瓶頸。

隨著裂解爐的不斷改造，乙烯裝置的負荷進一步提高，裂解氣壓縮機段間換熱器負荷加大，E-EA209(五段后冷卻器)的負荷加大，從而導致丙烯制冷壓縮機系統(GB501)三段冷劑用戶負荷增大，特別是E-EA209(三段冷劑用戶)，E-EA412(三段冷劑用戶)和E-FA503出現爭搶量現象，導致低壓脫丙烷塔(E-DA404)塔頂壓力升高出現放火炬情況。于是，在2008年檢修期間，將臨時線b改造成c1和c2兩條臨時線，從而保證了三段冷劑用戶的液位。同時，在E-EA501B的出口至臨時線a上新建一條臨時線d，也有效降低了丙烯制冷壓縮機系統(GB501)的出口壓力。

表1 GB201系統的系列技術改造

表2 GB501系統的臨時線

2010年，乙烯裝置經歷小的檢修，可能是裝置的工況發生了變化，整個丙烯制冷壓縮機系統(GB501)出現大的波動，原有的幾條臨時線不能維持E-FA502，E-FA503和二段、三段冷劑用戶的液位。在高溫情況下，低壓脫丙烷塔(E-DA404)和脫乙烷塔(E-DA401)塔壓高居不下，乙烯裝置只有將負荷由檢修前的67T/H降低到60T/H，以維持生產運行。這一問題再一次制約了乙烯負荷的提高，于是，再對另一條臨時線b進行了技術改造，即表2中e1和e2，其位置分別是E-FA504至E-FA503和E-FA504至E-FA502。同時，又增加了臨時線f，即E-FA504至E-EA412的臨時線，當E-EA412的液位在以上幾條臨時線的調節下仍不能滿足時，可以投用此臨時線以保證E-EA412的液位。這次技術改造以后，段間罐液位和冷劑用戶液位再次找到平衡點，乙烯裝置的負荷得以恢復。

2013年，E-DA202的再沸器E-EA211工作狀況極差，為了E-DA202的正常運行，E-EA211需切出清洗。由于E-EA211進料閥內漏阻礙了E-EA211的正常切出，同時考慮到E-DA202可以單獨切出檢修，新增一條E-FA203至E-GA208的臨時線，當E-DA202需要單獨切出時，裂解氣壓縮機系統這股負荷將有此臨時線送至E-DA201，從而實現了不影響正常生產的情況下，對E-DA202的切出。

4 意義與展望

乙烯裝置通過新建甲烷制冷壓縮機系統(GB350)、新建燃料氣壓縮機系統(GB351)、新建汽油汽提塔(DA201)，新建換熱器、擴容換熱器、新增臨時線以及對它們的技術改造等，解決了一個又一個的生產瓶頸，從而保證了乙烯裝置持續高負荷生產的能力。

裂解單元革命式的技術改造，勢必帶來乙烯裝置的新生，壓縮系統也將面臨著新的挑戰。面對新的挑戰，在豐富技術改造經驗的指導下，壓縮系統一定可以通過新的技術改造迎接將來的挑戰，從而保證乙烯裝置安全高效的生產。

[1] 中原石油化工有限責任公司.18萬噸/年乙烯裝置操作手冊[M]. 2009.

[2] 中原石化公司乙烯部.乙烯生產基礎知識. 1992,8.

[3] 中國石油化工集團公司人事部. 乙烯裝置操作工[M]. 2008,9.

Compressor technical reform of the system

LiYingcun

(SinopecPetroleumEngineeringZhongyuanCorporation,Puyang457001,Henan,China)

A unit of ethylene production load, the author of this paper improve the compressor refrigeration effect caused by a series of problems, such as difference of ethylene plant for several years continuously on the compressor system technical reform, so as to solve the bottleneck problem of production, achieved the purpose of reducing energy consumption, stable production.

cracking furnace; load; tower; the temporary line; transform