乙苯耦合塔控制系统的完善

张广伟

摘要：节能减排是目前石化行业的主流，对于苯乙烯行业同样也十分注重节能减排工作，某苯乙烯装置首次引进美国BADGER公司的双塔耦合技术的工艺包。该技术的关键是应用双分离塔系统代替传统的单分离塔，利用高压塔塔顶的气相物流作为低压塔的再沸热源，与单塔相比节能50%。新技术必然存在设计缺陷，尤其是控制系统核算不完善导致系统运行不稳定影响了装置的平稳运行，通过对控制系统完善实现节能目的。

关键词：节能 控制系统 乙苯耦合

一、前言

苯乙烯是一种重要的化工原料，用途广泛，随着我国经济的快速发展，近年来苯乙烯行业突飞猛进，国内新建及改扩建装置不断增加，产能达到提高，但还不足以满足经济高速发展对其需求。同时，国内节能减排压力也逐年递增，行业内都在装置节能技术上潜心研究，其中BADGER公司在其生产工艺包中引入了双乙苯耦合塔技术。新技术的应用可使装置能耗大大降低，提高了产品市场竞争力。

二、装置概述

某石化苯乙烯装置采用的双塔乙苯循环耦合技术，这个技术的关键是应用双分离塔系统代替传统的单分离塔，利用高压塔塔顶的气相物流作为低压塔的再沸热源，较单塔相比再沸蒸汽和冷却水消耗量降低50%。应用这个技术，较传统的单塔精馏年节约再沸蒸汽8.2万吨，年节约冷却水640万吨，节能效果明显。

三、技术立项背景

新技术在实际运行过程中暴露出一些问题直接影响了装置高效平稳运行，主要是以下两方面问题：

（一）高压乙苯塔压力无法实现自动控制

高压塔顶气相流量严重偏离设计值，在原设计中高压乙苯塔顶气相乙苯去低压乙苯塔的流量应该是1178kg/hr。自乙苯耦合塔开车以来，高压塔这股气相乙苯流量一直没有达到过1178kg/hr。通过对历年的数据统计，最大流量在13～55kg/hr，仅为设计流量的1.4～2.8%。在很多工况下，气相乙苯流量时有时无，导致高压压力波动较大，塔的稳定性变差，产品质量随之波动，造成能源的损失。在工艺包中，为达到节能的目的，低高压塔的进料比率为1.15。为尽量减小高压塔操作压力波动的影响，该塔一直维持较高的回流比进行操作，在实际操作中进料比率一直控制在0.9～0.97的范围。为了尽量提高总的进料负荷并保证产品合格，只能通过改变耦合塔的进料比率，增大高压塔进料，减小低压塔进料，这样操作完全违背了设计的进料比率，导致高压塔的蒸汽和冷却水消耗量大幅度增加，增加蒸汽消耗和冷却水消耗，耦合塔的节能优势没有发挥出来。在这种工况下操作，耦合塔根本达不到节能效果，严重影响装置的能耗指标，造成了能源的极大浪费。

（二）外网喷射蒸汽气波动，产品质量难于控制

乙苯耦合塔真空系统驱动蒸汽为电厂直送1.0Mpa蒸汽，该管网用户多，压力温度变化幅度大，周期短，波动剧烈，尤其是冬季。受其影响，耦合塔的操作压力、温度等操作参数也随之波动，导致产品质量不稳定，难于控制。随机抽取耦合塔化验分析数据435个，其中42个超过设计指标，样本超标率达高达9.6%。

对于这项新的、先进的节能技术，尤其是完全依靠我们自己的技术力量进行详细设计和设备制造的工艺来说，发生和处理这些问题是完全吸收和消化这项技术所必须经历的过程。

四、主要采取的方案

通过对运行数据的收集与摸索，提出了对原有控制系统进行完善，主要方向是：

第一，增设压力辅助调节系统控制阀;经过对所有的操作数据为建立新的控制系统，制定和实施在不同进料负荷工况下，高压乙苯循环塔气相流量的变化范围数据收集的试验方案。为此，将装置开工以来高压乙苯循环塔气相流量数据进行收集对比和分析，但流量表指示基本处于无指示状态，无法准确地计算出实际的气相流量，但经过核算乙苯耦合塔两塔的进料量中乙苯的含量以及两塔塔顶乙苯采出流量进行数据偏差值对比计算出高压塔气相流量实际区间为0～100kg/h范围内，针对目前调节阀的选型过大，以及现流量较低的情况，我们提出在原有的基础上增加高压乙苯循环塔辅助压力控制调节系统，来实现控制塔压力的稳定，技术人员设计了辅助控制系统的工艺流程及操作原理，经过论证和甄别后为新的流量控制系统提供准确的基础设计数据交由设计院进行设计验证、仪表调节阀选型以及材料出图，并对系统进行改造施工。

第二，新上稳压蒸汽控制系统;针对目前1.0MPa蒸汽压力的不稳定，车间进过研究分析，根据目前系统已有的设备参数，核算能够适应设备参数和操作要求的喷射蒸汽温度和压力，尽可能地利用原有设备、设施，找出苯乙烯装置目前存在一条稳定的蒸汽压力控制系统，操作压力为0.9MPa，且压力十分稳定，经过管线的压力降损失计算以及查阅耦合塔真空喷射器设备手册中有关动力蒸汽的运行要求，此蒸汽完全符合使用要求。

五、结语

乙苯耦合塔系统经过对控制系统的完善获得成功后，在装置标定中，与脱氢反应器同时达到设计进料量，各项指标稳定，装置能耗指标达到设计标准。每年可减少蒸汽消耗0.8万吨、冷却水37.5万吨，年可节省能源成本约288万元。控制系统完善的成功实施使装置标定达到设計标准，精馏塔系统操作平稳率大大提高，装置能耗大幅度降低，节约了大量的能源的消耗，达到了节能减排的目的，符合环保低碳清洁生产的要求。