乙烯三机能耗优化措施探讨

2019-11-08张泉华

石油石化绿色低碳 2019年5期

张泉华

（中国石化镇海炼化分公司，浙江宁波 315207）

中国石化镇海炼化分公司（以下简称镇海）乙烯装置采用中国石化和鲁姆斯合作开发的顺序分离流程专利技术，年生产聚合级乙烯100 万t、聚合级丙烯46 万t。该乙烯装置采用富乙烷、炼厂干气、液化气、C5烃、石脑油和加氢尾油作为原料，生产聚合级乙烯、聚合级丙烯、混合C4、裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油。

能耗是衡量乙烯装置的主要经济技术指标之一。随着装置大型化发展趋势，单台设备的能量消耗均有较大的增加，提高乙烯产量和降低每一台设备的能量消耗，对于降低装置能耗都有较大的贡献。乙烯三机能耗是乙烯装置的主要能耗之一，2014年检修改造中部分运行瓶颈得以消除，装置综合能耗还有降低空间。

1 装置能耗水平

2014年镇海乙烯装置进行了检修改造，部分瓶颈得以消除，特别是乙烯三机，修复了裂解气压缩机（GB-201）透平抽汽阀MP1和MP2开关顺序，机组性能进一步得到提高，装置的各项指标基本达到设计值。2014年全年能耗542.464 kgEO/t乙烯，比设计能耗546.7 kgEO/t乙烯低4.236 kgEO/t乙烯。但乙烯三机部分性能参数与设计值还有一些差距。

2014年全年能耗与设计能耗对比如表1所示，乙烯装置综合能耗主要是燃料、蒸汽和水这3项，而对于乙烯三机来说，能耗介质主要为蒸汽。由表1可知，蒸汽设计为输出，而实际运行为输入，因此优化三机操作，平衡公司蒸汽管网，对于降低装置综合能耗至关重要。

2 影响因素

综合考虑装置实际运行存在的问题，在目前工况下，影响镇海乙烯三机能耗的因素主要有以下几个方面。

2.1 裂解气压缩机透平能耗高

GB-201防喘阀因设计原因，在100%负荷下，“三返一”防喘阀开度15%～20%，“五返四”防喘阀开度0～10%，超高压蒸汽消耗相对防喘阀全关状态下增加约4.22 t/h，能耗增加3.09 kgEO/t乙烯。

表1 2014年能耗分析

2014年GB-201抽汽阀开关顺序修复后，超高压蒸汽消耗量为365.46 t/h，高压蒸汽抽出量为209.47 t/h，透平凝液为155.99 t/h。如果按照设计100%负荷下，超高压蒸汽消耗量为417.5 t/h，高压蒸汽抽出量为301.3 t/h，透平凝液为116.2 t/h，GB-201透平抽汽量未达到设计值，使装置能耗约增加24.49 kgEO/t乙烯。

2.2 丙烯制冷压缩机透平能耗高

2014年装置检修后，由于丙烯制冷压缩机（GB-501）机组CCS抽汽程序存在问题，抽汽一直未投用，GB-501超高压蒸汽消耗量为185.8 t/h，中压蒸汽抽出量为90.7 t/h，透平凝液为95.1 t/h，中压蒸汽为输入。如果按照设计100%负荷下，超高压蒸汽消耗量为216.6 t/h，中压蒸汽抽出量为161 t/h，透平凝液为55.6 t/h，GB-501透平抽汽量未达到设计值，使装置能耗约增加20.58 kgEO/t乙烯。

2.3 二元制冷压缩机透平能耗高

二元制冷压缩机（GB-651）一方面因装置原料轻质化要求，轻组分偏多，造成机组运行负荷相对偏高；另一方面受乙烯精馏塔塔顶冷凝器（EA-411A/B/C，GB-501的主要用户之一）偏流影响，为了稳定乙烯精馏塔（DA-402）正常运行，GB-501一段吸入压力、吸入温度较设计值偏高，造成GB-501的部分运行负荷转移至GB-651，造成机组运行负荷相对偏高。2014年GB-651高压蒸汽消耗量为110.5 t/h。如果按照设计100%负荷下，高压蒸汽消耗量为96.2 t/h，GB-651透平蒸汽使用量超过设计值，使装置能耗约增加2.45 kgEO/t乙烯。

2.4 乙烯精馏塔塔顶冷凝器偏流

2014年扩能改造中DA-402新增一台塔顶冷凝器EA-411C，但因设计原因，新增EA-411C容易发生偏流，造成GB-501波动。为确保DA-402塔的平稳操作，提高了GB-501一段入口压力，一段吸入罐汽化线开度14%～25%，由于汽化线未关闭，GB-501超高压蒸汽的消耗量增加约13 t/h，能耗增加约9 kgEO/t乙烯。

2.5 循环水使用量大

GB-201和GB-501复水器因机组抽汽量小均超负荷运行，GB-201设计复水量116.2 t/h，2014年实际为155.99 t/h；GB-501设计复水量55.6 t/h，2014年实际为95.1 t/h，造成循环水流量与设计值相比增加约2 000 t/h，使装置能耗约增加1.51 kgEO/t乙烯。

为了防止高温导致GB-201叶轮结焦，压缩机各段间冷后温度均控制较低，设计38℃，实际32～36℃，此项操作造成循环水流量比设计值增加约1 000 t/h，使装置能耗约增加0.76 kgEO/t乙烯。

3 优化措施

3.1 增加裂解气压缩机透平的抽汽量

2014年检修改造过程中，为了解决公司蒸汽管网平衡的问题，将GB-201原透平抽汽阀MP1和MP2开关顺序修复，机组开工后，高压蒸汽由输入变成输出。经过多方讨论，落实事故防范措施（防止关小抽气阀导致阀门突然关闭）后，继续对抽汽阀进行调整，抽汽阀开度由原来的39.88%关至31.3%，各级蒸汽量发生了变化，超高压蒸汽消耗量由365.46 t/h增加至421.72 t/h，高压蒸汽抽汽量由209.47 t/h增加至289.47 t/h，透平凝液量由155.99 t/h降至132.25 t/h，基本接近设计值，机组的综合能耗降低了约13.83 kgEO/t乙烯。

3.2 投用丙烯制冷压缩机抽汽，增加抽汽量

丙烯制冷压缩机GB-501抽汽阀，由于设计没有考虑手动功能，2014年检修改造后运行初期，中压蒸汽管网波动大，未投用GB-501抽汽阀，抽汽量只有约80 t/h。为了保证机组的安全运行，镇海乙烯联系压缩机厂家对抽汽程序进行了技术攻关，将GB-501抽汽阀投用，SS消耗量由185.8 t/h增加至225.89 t/h，MS抽汽量由90.7 t/h增加至161.8 t/h，透平凝液量由95.1 t/h降至64.09 t/h，装置蒸汽能耗降低了约14.67 kgEO/t乙烯。

3.3 优化二元制冷压缩机运行

针对GB-651机组运行负荷高，一方面在高负荷工况下，通过优化前冷各换热器的运行负荷，适当降低前冷系统至二元冷剂换热器前的裂解气温度，达到降低GB-651运行负荷的目的。另一方面，综合考虑乙烯产品用户实际情况，决定增加气相乙烯外送流程，降低低温乙烯至低温罐的外送量，节约二元冷剂用量，降低GB-651负荷。

外送流程改造前，乙烯自装置产出后经冷箱使温度骤降至-100℃，再进低温罐区贮存，出厂前通过汽化器加热到常温。期间既消耗了乙烯装置的二元冷剂冷量，造成机组负荷及能耗偏高，又增加了低温罐区的能耗。考虑现有的条件，决定新增冷箱出口常温气相乙烯管线支路，并接至外输管道。该项目投用后约增加8 t/h的气相外送乙烯量，GB-651高压蒸汽消耗降低约6 t/h，装置蒸汽能耗降低约1.03 kgEO/t乙烯。

3.4 优化GB-501、DA-402操作

针对EA-411A/B/C易偏流，装置运行工况不稳定，邀请国内乙烯专家进行技术攻关，决定手动控制EA-411A/B/C的冷剂液位、底部加热控制阀自动控制，同时要求GB-501入口压力控制在40～45 kPa范围内，以上措施实施后，DA-402和GB-501系统波动逐渐趋于稳定。通过4年多的操作调整，逐渐摸索出了更优更可行的操作方案，并以操作指令的形式传达至岗位，要求操作人员严格执行。目前已取得了良好效果，偏流次数明显降低，从2014年四季度的8次降为2015年全年的6次、2016年3次、2017年2次，2018年装置检修前未曾发生过偏流。偏流次数的降低，有效降低了乙烯装置综合能耗，装置运行的稳定性、可靠性也得到了显著提高。2018年装置检修期间，EA-411C乙烯侧出口管线经重新配管后，EA-411A/B/C偏流问题得以彻底解决。

3.5 优化GB-501工况，降低循环水消耗

装置开车正常以来，循环水温度对GB-501四段出口压力影响一直较大。夏季GB-501出口压力受循环水温度影响更大，从1.71 MPa升至1.80 MPa，而出口压力的联锁值为1.84 MPa，如果不及时调整，极有可能因出口压力高高联锁造成装置停车。最初在操作上的调整思路是将GB-501出口冷却器的进出口阀全开，当出口压力升高后，通过排丙烯积聚罐顶的不凝气来降低压力。该操作一方面增加了循环水的消耗，另一方面排放不凝气造成大量丙烯冷剂的浪费，同时由于经常性排放不凝气导致排放阀门内漏，增加装置物料损耗[1]。

为了解决这个问题，参考同类企业乙烯装置操作经验，在操作调整思路上进行改进。

1）摸索压缩机出口压力与温度对应关系以及操作安全区，在相同工况下，通过适当关小GB-501出口冷却器循环水出口阀，提高丙烯冷剂的温度。

2）在循环水温度变化大的季节，提前做好循环水预调工作，保证GB-501出口压力缓慢升高。

3）与循环水场加强联系，及时开停风机，稳定进装置循环水温度。积极推进循环水场风机增上变频项目，以提高循环水温度控制的稳定性。

4）将丙烯积聚罐顶排不凝气调整至乙烯精馏塔再沸器液体丙烯累积罐顶排不凝气（通过分析，因换热器存在泄漏此处不凝气较多），并增设回收流程，将GB-501系统不凝气回收至GB-201系统。

改变调整思路后，GB-501的操作工况得到有效的改善，同时降低了循环水用量约1 700 t/h，降低能耗1.36 kgEO/t乙烯。