乙烯三機(jī)能耗優(yōu)化措施探討

張泉華

（中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波 315207）

中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司（以下簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海）乙烯裝置采用中國(guó)石化和魯姆斯合作開發(fā)的順序分離流程專利技術(shù)，年生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯100 萬(wàn)t、聚合級(jí)丙烯46 萬(wàn)t。該乙烯裝置采用富乙烷、煉廠干氣、液化氣、C5烴、石腦油和加氫尾油作為原料，生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯、聚合級(jí)丙烯、混合C4、裂解汽油、裂解柴油和裂解燃料油。

能耗是衡量乙烯裝置的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)之一。隨著裝置大型化發(fā)展趨勢(shì)，單臺(tái)設(shè)備的能量消耗均有較大的增加，提高乙烯產(chǎn)量和降低每一臺(tái)設(shè)備的能量消耗，對(duì)于降低裝置能耗都有較大的貢獻(xiàn)。乙烯三機(jī)能耗是乙烯裝置的主要能耗之一，2014年檢修改造中部分運(yùn)行瓶頸得以消除，裝置綜合能耗還有降低空間。

1 裝置能耗水平

2014年鎮(zhèn)海乙烯裝置進(jìn)行了檢修改造，部分瓶頸得以消除，特別是乙烯三機(jī)，修復(fù)了裂解氣壓縮機(jī)（GB-201）透平抽汽閥MP1和MP2開關(guān)順序，機(jī)組性能進(jìn)一步得到提高，裝置的各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)值。2014年全年能耗542.464 kgEO/t乙烯，比設(shè)計(jì)能耗546.7 kgEO/t乙烯低4.236 kgEO/t乙烯。但乙烯三機(jī)部分性能參數(shù)與設(shè)計(jì)值還有一些差距。

2014年全年能耗與設(shè)計(jì)能耗對(duì)比如表1所示，乙烯裝置綜合能耗主要是燃料、蒸汽和水這3項(xiàng)，而對(duì)于乙烯三機(jī)來(lái)說(shuō)，能耗介質(zhì)主要為蒸汽。由表1可知，蒸汽設(shè)計(jì)為輸出，而實(shí)際運(yùn)行為輸入，因此優(yōu)化三機(jī)操作，平衡公司蒸汽管網(wǎng)，對(duì)于降低裝置綜合能耗至關(guān)重要。

2 影響因素

綜合考慮裝置實(shí)際運(yùn)行存在的問(wèn)題，在目前工況下，影響鎮(zhèn)海乙烯三機(jī)能耗的因素主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 裂解氣壓縮機(jī)透平能耗高

GB-201防喘閥因設(shè)計(jì)原因，在100%負(fù)荷下，“三返一”防喘閥開度15%～20%，“五返四”防喘閥開度0～10%，超高壓蒸汽消耗相對(duì)防喘閥全關(guān)狀態(tài)下增加約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抽汽閥開關(guān)順序修復(fù)后，超高壓蒸汽消耗量為365.46 t/h，高壓蒸汽抽出量為209.47 t/h，透平凝液為155.99 t/h。如果按照設(shè)計(jì)100%負(fù)荷下，超高壓蒸汽消耗量為417.5 t/h，高壓蒸汽抽出量為301.3 t/h，透平凝液為116.2 t/h，GB-201透平抽汽量未達(dá)到設(shè)計(jì)值，使裝置能耗約增加24.49 kgEO/t乙烯。

2.2 丙烯制冷壓縮機(jī)透平能耗高

2014年裝置檢修后，由于丙烯制冷壓縮機(jī)（GB-501）機(jī)組CCS抽汽程序存在問(wèn)題，抽汽一直未投用，GB-501超高壓蒸汽消耗量為185.8 t/h，中壓蒸汽抽出量為90.7 t/h，透平凝液為95.1 t/h，中壓蒸汽為輸入。如果按照設(shè)計(jì)100%負(fù)荷下，超高壓蒸汽消耗量為216.6 t/h，中壓蒸汽抽出量為161 t/h，透平凝液為55.6 t/h，GB-501透平抽汽量未達(dá)到設(shè)計(jì)值，使裝置能耗約增加20.58 kgEO/t乙烯。

2.3 二元制冷壓縮機(jī)透平能耗高

二元制冷壓縮機(jī)（GB-651）一方面因裝置原料輕質(zhì)化要求，輕組分偏多，造成機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)偏高；另一方面受乙烯精餾塔塔頂冷凝器（EA-411A/B/C，GB-501的主要用戶之一）偏流影響，為了穩(wěn)定乙烯精餾塔（DA-402）正常運(yùn)行，GB-501一段吸入壓力、吸入溫度較設(shè)計(jì)值偏高，造成GB-501的部分運(yùn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移至GB-651，造成機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)偏高。2014年GB-651高壓蒸汽消耗量為110.5 t/h。如果按照設(shè)計(jì)100%負(fù)荷下，高壓蒸汽消耗量為96.2 t/h，GB-651透平蒸汽使用量超過(guò)設(shè)計(jì)值，使裝置能耗約增加2.45 kgEO/t乙烯。

2.4 乙烯精餾塔塔頂冷凝器偏流

2014年擴(kuò)能改造中DA-402新增一臺(tái)塔頂冷凝器EA-411C，但因設(shè)計(jì)原因，新增EA-411C容易發(fā)生偏流，造成GB-501波動(dòng)。為確保DA-402塔的平穩(wěn)操作，提高了GB-501一段入口壓力，一段吸入罐汽化線開度14%～25%，由于汽化線未關(guān)閉，GB-501超高壓蒸汽的消耗量增加約13 t/h，能耗增加約9 kgEO/t乙烯。

2.5 循環(huán)水使用量大

GB-201和GB-501復(fù)水器因機(jī)組抽汽量小均超負(fù)荷運(yùn)行，GB-201設(shè)計(jì)復(fù)水量116.2 t/h，2014年實(shí)際為155.99 t/h；GB-501設(shè)計(jì)復(fù)水量55.6 t/h，2014年實(shí)際為95.1 t/h，造成循環(huán)水流量與設(shè)計(jì)值相比增加約2 000 t/h，使裝置能耗約增加1.51 kgEO/t乙烯。

為了防止高溫導(dǎo)致GB-201葉輪結(jié)焦，壓縮機(jī)各段間冷后溫度均控制較低，設(shè)計(jì)38℃，實(shí)際32～36℃，此項(xiàng)操作造成循環(huán)水流量比設(shè)計(jì)值增加約1 000 t/h，使裝置能耗約增加0.76 kgEO/t乙烯。

3 優(yōu)化措施

3.1 增加裂解氣壓縮機(jī)透平的抽汽量

2014年檢修改造過(guò)程中，為了解決公司蒸汽管網(wǎng)平衡的問(wèn)題，將GB-201原透平抽汽閥MP1和MP2開關(guān)順序修復(fù)，機(jī)組開工后，高壓蒸汽由輸入變成輸出。經(jīng)過(guò)多方討論，落實(shí)事故防范措施（防止關(guān)小抽氣閥導(dǎo)致閥門突然關(guān)閉）后，繼續(xù)對(duì)抽汽閥進(jìn)行調(diào)整，抽汽閥開度由原來(lái)的39.88%關(guān)至31.3%，各級(jí)蒸汽量發(fā)生了變化，超高壓蒸汽消耗量由365.46 t/h增加至421.72 t/h，高壓蒸汽抽汽量由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，基本接近設(shè)計(jì)值，機(jī)組的綜合能耗降低了約13.83 kgEO/t乙烯。

3.2 投用丙烯制冷壓縮機(jī)抽汽，增加抽汽量

丙烯制冷壓縮機(jī)GB-501抽汽閥，由于設(shè)計(jì)沒有考慮手動(dòng)功能，2014年檢修改造后運(yùn)行初期，中壓蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)大，未投用GB-501抽汽閥，抽汽量只有約80 t/h。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，鎮(zhèn)海乙烯聯(lián)系壓縮機(jī)廠家對(duì)抽汽程序進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，將GB-501抽汽閥投用，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，裝置蒸汽能耗降低了約14.67 kgEO/t乙烯。

3.3 優(yōu)化二元制冷壓縮機(jī)運(yùn)行

針對(duì)GB-651機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷高，一方面在高負(fù)荷工況下，通過(guò)優(yōu)化前冷各換熱器的運(yùn)行負(fù)荷，適當(dāng)降低前冷系統(tǒng)至二元冷劑換熱器前的裂解氣溫度，達(dá)到降低GB-651運(yùn)行負(fù)荷的目的。另一方面，綜合考慮乙烯產(chǎn)品用戶實(shí)際情況，決定增加氣相乙烯外送流程，降低低溫乙烯至低溫罐的外送量，節(jié)約二元冷劑用量，降低GB-651負(fù)荷。

外送流程改造前，乙烯自裝置產(chǎn)出后經(jīng)冷箱使溫度驟降至-100℃，再進(jìn)低溫罐區(qū)貯存，出廠前通過(guò)汽化器加熱到常溫。期間既消耗了乙烯裝置的二元冷劑冷量，造成機(jī)組負(fù)荷及能耗偏高，又增加了低溫罐區(qū)的能耗?？紤]現(xiàn)有的條件，決定新增冷箱出口常溫氣相乙烯管線支路，并接至外輸管道。該項(xiàng)目投用后約增加8 t/h的氣相外送乙烯量，GB-651高壓蒸汽消耗降低約6 t/h，裝置蒸汽能耗降低約1.03 kgEO/t乙烯。

3.4 優(yōu)化GB-501、DA-402操作

針對(duì)EA-411A/B/C易偏流，裝置運(yùn)行工況不穩(wěn)定，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)乙烯專家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，決定手動(dòng)控制EA-411A/B/C的冷劑液位、底部加熱控制閥自動(dòng)控制，同時(shí)要求GB-501入口壓力控制在40～45 kPa范圍內(nèi)，以上措施實(shí)施后，DA-402和GB-501系統(tǒng)波動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定。通過(guò)4年多的操作調(diào)整，逐漸摸索出了更優(yōu)更可行的操作方案，并以操作指令的形式傳達(dá)至崗位，要求操作人員嚴(yán)格執(zhí)行。目前已取得了良好效果，偏流次數(shù)明顯降低，從2014年四季度的8次降為2015年全年的6次、2016年3次、2017年2次，2018年裝置檢修前未曾發(fā)生過(guò)偏流。偏流次數(shù)的降低，有效降低了乙烯裝置綜合能耗，裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性也得到了顯著提高。2018年裝置檢修期間，EA-411C乙烯側(cè)出口管線經(jīng)重新配管后，EA-411A/B/C偏流問(wèn)題得以徹底解決。

3.5 優(yōu)化GB-501工況，降低循環(huán)水消耗

裝置開車正常以來(lái)，循環(huán)水溫度對(duì)GB-501四段出口壓力影響一直較大。夏季GB-501出口壓力受循環(huán)水溫度影響更大，從1.71 MPa升至1.80 MPa，而出口壓力的聯(lián)鎖值為1.84 MPa，如果不及時(shí)調(diào)整，極有可能因出口壓力高高聯(lián)鎖造成裝置停車。最初在操作上的調(diào)整思路是將GB-501出口冷卻器的進(jìn)出口閥全開，當(dāng)出口壓力升高后，通過(guò)排丙烯積聚罐頂?shù)牟荒龤鈦?lái)降低壓力。該操作一方面增加了循環(huán)水的消耗，另一方面排放不凝氣造成大量丙烯冷劑的浪費(fèi)，同時(shí)由于經(jīng)常性排放不凝氣導(dǎo)致排放閥門內(nèi)漏，增加裝置物料損耗[1]。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，參考同類企業(yè)乙烯裝置操作經(jīng)驗(yàn)，在操作調(diào)整思路上進(jìn)行改進(jìn)。

1）摸索壓縮機(jī)出口壓力與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系以及操作安全區(qū)，在相同工況下，通過(guò)適當(dāng)關(guān)小GB-501出口冷卻器循環(huán)水出口閥，提高丙烯冷劑的溫度。

2）在循環(huán)水溫度變化大的季節(jié)，提前做好循環(huán)水預(yù)調(diào)工作，保證GB-501出口壓力緩慢升高。

3）與循環(huán)水場(chǎng)加強(qiáng)聯(lián)系，及時(shí)開停風(fēng)機(jī)，穩(wěn)定進(jìn)裝置循環(huán)水溫度。積極推進(jìn)循環(huán)水場(chǎng)風(fēng)機(jī)增上變頻項(xiàng)目，以提高循環(huán)水溫度控制的穩(wěn)定性。

4）將丙烯積聚罐頂排不凝氣調(diào)整至乙烯精餾塔再沸器液體丙烯累積罐頂排不凝氣（通過(guò)分析，因換熱器存在泄漏此處不凝氣較多），并增設(shè)回收流程，將GB-501系統(tǒng)不凝氣回收至GB-201系統(tǒng)。

改變調(diào)整思路后，GB-501的操作工況得到有效的改善，同時(shí)降低了循環(huán)水用量約1 700 t/h，降低能耗1.36 kgEO/t乙烯。

4 優(yōu)化效果

通過(guò)優(yōu)化，乙烯三機(jī)的能耗逐年下降。蒸汽能耗由2014年的38.005 kgEO/t乙烯降至2018年的8.475 kgEO/t乙烯，優(yōu)化效果明顯，見如表2。

表2 優(yōu)化前后蒸汽能耗情況 kgEO/t乙烯

5 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化三機(jī)操作，投用或增加透平抽汽量，增加氣相乙烯外送流程等措施，對(duì)降低乙烯三機(jī)能耗作用明顯，為企業(yè)降本增效做出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的優(yōu)化措施，為日后裝置能耗水平的進(jìn)一步提升創(chuàng)造了有利條件，并為大型新建乙烯裝置三機(jī)的節(jié)能降耗提供了很好的思路。