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      攻關(guān)精餾塔超壓問題“加減法”助力節(jié)能增效

      2022-11-28 12:21:48劉正明段海濤劉益材張林濤殷新
      石油石化節(jié)能 2022年11期
      關(guān)鍵詞:凝氣丁烷精餾塔

      劉正明 段海濤 劉益材 張林濤 殷新

      (四川石化有限責(zé)任公司)

      四川石化乙烯裝置采用S&W公司的前脫丙烷前加氫工藝技術(shù)[1],乙烯年設(shè)計生產(chǎn)能力為80×104t。脫丁烷塔主要生產(chǎn)混合碳四和粗裂解汽油產(chǎn)品,丙烯精餾塔主要將混合碳三進行分離和提純,為下游裝置提供原料,其運行是否平穩(wěn)直接影響乙烯裝置運行周期。乙烯裝置運行周期在很大程度上反映了一個企業(yè)的綜合管理水平,對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動和效益具有重大影響。

      2021年初開始乙烯裝置的分離熱區(qū)脫丁烷塔和丙烯精餾塔塔壓升高,一直處于高壓狀態(tài)運行,嚴(yán)重時發(fā)生精餾塔的超壓問題。造成精餾分離效果變差,脫丁烷塔釜汽油中碳四含量增加,存在儲存安全隱患;丙烯精餾塔塔釜循環(huán)丙烷中的丙烯損失增大,造成塔釜丙烯浪費嚴(yán)重;裂解爐的乙丙烷爐爐管結(jié)焦嚴(yán)重,進而影響正常運行;還有精餾塔塔釜加熱負(fù)荷增大,輔助加熱低壓蒸汽消耗量增大,能耗增加;丙烯產(chǎn)品收率降低,影響裝置的經(jīng)濟效益。

      1 簡介

      乙烯裝置分離熱區(qū)將裂解氣中的碳三、碳四及汽油等組分進行分離。脫乙烷塔釜和低壓脫丙烷塔頂來的碳三組分在MAPD加氫反應(yīng)器液相加氫后進入丙烯精餾塔,丙烯精餾塔進行分離和提純,塔頂分離出聚合級的丙烯產(chǎn)品,塔釜循環(huán)丙烷做為裂解爐乙丙烷爐的裂解原料;低壓脫丙烷塔釜來的碳四及汽油組分進入脫丁烷塔,塔頂分離出丁二烯含量40%(wt)的混合碳四送到丁二烯裝置或儲罐,塔釜裂解汽油送到汽油加氫裝置。作為下游工藝裝置的原料。

      1.1 脫丁烷塔工藝流程簡介

      脫丁烷塔的作用是將來自低壓脫丙烷塔的碳四和裂解汽油進行分離,塔頂分出混合碳四,塔釜分出裂解汽油。有42塊篩板塔盤組成[2],塔釜再沸器用低壓蒸汽加熱,塔頂冷凝器用循環(huán)水冷凝。

      1.2 丙烯精餾塔的工藝流程簡介

      丙烯精餾塔的作用是將碳三加氫后的的混合碳三通過精餾,塔頂?shù)玫骄酆霞壉┊a(chǎn)品、塔釜得到丙烷作為循環(huán)裂解原料。本流程采用雙塔汽提塔精餾塔串聯(lián)設(shè)計操作,雙塔各有135塊塔板。塔頂冷凝器用冷卻水冷凝,塔釜由急冷水加熱的再沸器、中沸器和開車用輔助低壓蒸汽加熱的再沸器,合格丙烯產(chǎn)品從精餾塔的第九塊塔板巴氏精餾段采出[3]。

      2 “加減法”攻關(guān)思路及方案實施

      2.1 塔頂冷凝換熱器的循環(huán)水側(cè)反沖洗做“減法”

      脫丁烷塔工藝流程如圖1所示,丙烯雙塔精餾工藝流程圖2所示。在脫丁烷塔冷凝器、丙烯塔頂冷凝器、丙烯塔回流罐頂?shù)牟荒龤饫淠餮h(huán)水側(cè)反沖洗。下面以丙烯精餾塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗為例主要介紹。

      圖1 脫丁烷塔工藝流程Fig.1 Debutanizer process flow

      圖2 丙烯雙塔精餾工藝流程Fig.2 Propylene double tower distillation process

      采取在線反沖洗,乙烯裝置在線運行時,確保塔的運行正常,塔的壓差、回流量及各溫度點、產(chǎn)品采出都正常。步驟如下:全開冷凝器循環(huán)水側(cè)的進出口閥;拆除丙烯精餾塔的塔頂冷凝器循環(huán)水的反沖洗大倒淋盲法蘭;確認(rèn)丙烯精餾塔的安全閥旁路閥可動作;聯(lián)系公共工程降低循環(huán)水的供水溫度并維持在26℃及以下。冷凝器的循環(huán)水和物料流向見圖3。

      圖3 冷凝器的循環(huán)水和物料流向Fig.3 Circulating water and material flow of condenser

      進行丙烯精餾塔頂冷凝器的反沖洗操作,通過降低丙烯汽提塔的進料量,緩慢關(guān)小塔頂冷凝器的壓力調(diào)節(jié)閥,開大回流罐頂返裂解氣壓縮段間的不凝氣閥等操作,降低維持塔壓在1.75 MPa,主外操協(xié)力配合,逐個進行丙烯精餾塔冷凝器的反沖洗操作,關(guān)閉循環(huán)水進水閥,快速打開進水閥后的大倒淋,排2~5 min后關(guān)閉大倒淋(閥2),開進水閥,恢復(fù)投用狀態(tài)。沖洗出的生物淤泥和塑料片狀贓物。重復(fù)幾次效果更好。在上述操作過程中,如遇精餾塔壓升高時,開大不凝氣閥,繼續(xù)再升高時,則進行打開精餾塔安全閥旁路閥放火炬的緊急處置,并快速恢復(fù)至初態(tài)。

      同樣的方法對脫丁烷塔的塔頂冷凝器、丙烯塔回流罐頂不凝氣冷凝器進行逐個反沖洗操作。

      2.2 方案實施后的效果

      脫丁烷塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗后,脫丁烷塔頂壓力由0.45 MPa降低到0.37 MPa,同樣塔頂冷凝器的換熱效率顯著提高了。塔底的再沸器加熱蒸汽降低了,節(jié)約低壓蒸汽0.5 t/h,更重要的是再沸加熱量降低,塔釜再沸器的負(fù)荷減少,減輕再沸器物料側(cè)的結(jié)焦,延長脫丁烷塔釜再沸器的運行周期,塔釜再沸器的檢修由每年3次降到每年2次,提高生產(chǎn)能力,節(jié)約檢修成本。

      丙烯精餾塔塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗后,丙烯精餾塔的塔頂塔壓有明顯降低,塔頂冷凝器的換熱效率顯著提高了。塔釜開車再沸器低壓蒸汽的閥位由40%的開度關(guān)到5%的暖管狀態(tài),幾乎不用低壓蒸汽,節(jié)約低壓蒸汽。

      丙烯塔回流罐頂不凝氣冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗,提高換熱效率,減少丙烯的損失,同時也可減少裂解氣壓縮機的內(nèi)循環(huán),使裂解氣的四段氣相量減少,節(jié)約裂解氣壓縮機的功耗。裂解氣壓縮機段間量減少,可避免在裝置運行末期因裂解氣壓縮機段間氣相量增大,而造成壓縮機透平的軸振動增大,嚴(yán)重需要被迫降負(fù)荷生產(chǎn)的情況,可確保裝置的高負(fù)荷運行。丙烯精餾塔的運行狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn),丙烯精餾塔冷凝器循環(huán)水反沖洗前后的工藝參數(shù)見表1。

      表1 丙烯精餾塔冷凝器循環(huán)水反沖洗前后的工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters before and after circulating water backwashing of propylene rectification condenser

      可見丙烯精餾塔輔助加熱節(jié)約低壓蒸汽10 t/h,丙烯塔釜的丙烯損失減少0.8%(wt),丙烯塔頂回流罐的不凝氣量減少600 kg/h,節(jié)能降耗,提質(zhì)增效顯著。

      2.3 精細(xì)優(yōu)化操作做“加法”

      通過反沖洗,提高了塔頂冷凝器的換熱效率。此時對丙烯精餾塔的關(guān)鍵工藝參數(shù)進行調(diào)整:

      調(diào)整塔頂壓力;精餾塔的壓力確定,一方面要考慮對精餾塔分離效果的影響,另一方面又要考慮塔頂使用冷劑所能達到的冷卻溫度。丙烯精餾塔反沖洗前,塔頂冷凝器的換熱效率低,提高塔壓使丙烯的冷凝點升高,少用冷劑來彌補換熱效果的不足,但造成塔釜加熱負(fù)荷的增加,根據(jù)工藝工況調(diào)整塔壓困難,塔頂壓力太高會影響正常運行。反沖洗后,根據(jù)工藝工況方便調(diào)整塔壓。丙烯精餾塔降低壓力,可提高丙烯和丙烷的揮發(fā)度,增加塔頂冷凝器的冷負(fù)荷,可減少塔釜再沸器的熱負(fù)荷,丙烯精餾塔的輔助加熱低壓蒸汽從11 t/h降到1 t/h,節(jié)約低壓蒸汽用量。

      調(diào)整回流量;丙烯系統(tǒng)雙塔汽提塔和精餾塔的塔板數(shù)多(各是135塊),都采用高效MD塔板,設(shè)計回流比為16.8,高效MD塔板,精餾效率高,設(shè)計回流量就可滿足。反沖洗前,塔釜再沸器熱負(fù)荷的增大,為了精餾傳質(zhì)傳熱過程的充分進行,就需要大的回流量,使回流量超過設(shè)計值。反沖洗后,適當(dāng)降低回流量到設(shè)計值以下。通過減少回流量,保證塔頂丙烯產(chǎn)品合格,同時也降低了塔釜丙烯損失,提高丙烯收率。

      調(diào)整回流罐不凝氣返裂解氣壓縮機段間的量;回流罐頂不凝氣量的大小正常情況下是根據(jù)進料帶來的乙烷和碳三加氫反應(yīng)器的氫氣多少來返,但當(dāng)塔壓高時,就根據(jù)塔壓的高低來返,不凝氣大的返量會造成一部分丙烯的損失,還會使裂解壓縮機的循環(huán)量增大,功耗增加。反沖洗后,減少回流罐頂不凝氣返裂解氣壓縮機段間的量到設(shè)計值以下,進而使丙烯損失減低,提高丙烯收率。

      優(yōu)化進料參數(shù);進料量、進料溫度和進料組成是精餾塔進料的三個重要參數(shù)。進料量的變化會影響塔的物料平衡和塔的效率;進料溫度會影響整個塔溫度分布,從而改變氣液平衡組成;進料組成變化會引起全塔物料平衡和工藝條件的改變。通過優(yōu)化調(diào)整碳三加氫的凝液罐液面和丙烯汽提塔進料調(diào)節(jié)閥的串級控制使進料量穩(wěn)定;在裂解原料和操作條件一定的條件下,通過離線采樣分析碳三加氫反應(yīng)器進出口MA、PD、丙烯、丙烷的濃度,優(yōu)化調(diào)整碳三加氫反應(yīng)器的氫氣配氫量,反應(yīng)器入口溫度,提高反應(yīng)器的選擇性,使丙烯汽提塔的進料溫度和組成相對穩(wěn)定最佳化[4-9]。

      2.4 投用APC先進控制技術(shù)做“加法”

      APC控制原理是通過對被控對象運行過程中產(chǎn)生的大量實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘與分析,建立系統(tǒng)運行模型,利用系統(tǒng)模型進行多變量實時優(yōu)化控制。

      2.4.1 APC在丙烯塔溫度控制上的投用

      APC的投用相較于PID控制器具有預(yù)測功能。丙烯汽提塔液位與再沸器流入的急冷水流量組成串級控制回路。串級控制主回路的輸出是急冷水流量控制器的設(shè)定值,其值增大輸出變大,控制閥開度增加。通過控制塔底熱源急冷水流量,控制塔底溫度和塔釜液位??刂扑妆槌槌隽亢退妆p失含量。APC根據(jù)目前多個回路的工況進行分析,從而對控制器內(nèi)每一個回路的未來進行預(yù)測,根據(jù)預(yù)測的結(jié)果對回路進行調(diào)節(jié),進而可以讓控制效果最大可能的得到優(yōu)化[10]。能節(jié)約急冷水用量達到1.0%以上。丙烯塔塔頂產(chǎn)品MAPD含量小于5 ppm純度穩(wěn)定提高,塔頂溫度變化平穩(wěn),塔頂壓力、塔底溫度、塔底液位保持穩(wěn)定。

      2.4.2 APC在脫丁烷塔溫度控制上的投用

      脫頂烷塔以進料量和靈敏板溫度為前饋,通過調(diào)整控制低壓蒸汽流量,穩(wěn)定回流罐液位、塔釜液位。在保證液位穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,穩(wěn)定采出量,為下游裝置提供穩(wěn)定的進料。在投入APC后,根據(jù)回流量、塔頂?shù)奶嘉逄妓暮俊⑺臏囟?、塔釜液面等多個參數(shù)進行分析,對控制器內(nèi)每一個回路進行預(yù)測分析,根據(jù)預(yù)測的結(jié)果對回路進行多變量實時優(yōu)化調(diào)節(jié),進而讓控制效果得到最大優(yōu)化,精餾過程關(guān)鍵參數(shù)靈敏板溫度的波動明顯降低??刂瀑|(zhì)量得到了改善,控制系統(tǒng)自動運行大大減少了人為干預(yù)因素。根據(jù)目前的運行結(jié)果,保守估算節(jié)約低壓蒸汽用量達到500 kg/h以上。

      3 “加減法”攻關(guān)助力節(jié)能增效

      乙烯裝置脫丁烷塔和丙烯塔頂冷凝器反沖洗,精細(xì)優(yōu)化操作,節(jié)約丙烯精餾塔輔助加熱低壓蒸汽約10.5 t/h。(低壓蒸汽標(biāo)油折算72 kg/t,1 000 kg的價格是1 948元,裝置年運行8 000 h計)運行一年節(jié)約費用約1 178萬元。

      脫丁烷塔再沸器的檢修由每年3次降到每年2次,檢修一次的費用(物料倒空損失、操作費用、檢修費用)約10萬元左右。

      丙烯塔釜的丙烯損失由1.6%左右降到0.8%左右,循環(huán)丙烷的量為8 t/h左右,丙烯增產(chǎn)為0.064 t/h。

      丙烯塔頂回流罐的不凝氣量由2.4 t/h降到1.8 t/h(不凝氣的85%為丙烯),丙烯增產(chǎn)0.051 t/h。不凝氣由丙烯塔回流罐頂冷卻水冷凝器冷凝回收,回收成本所用循環(huán)水增量40 t/h,(公用工程循環(huán)冷卻水價格[11]是0.25元/t,丙烯市場動態(tài)價格按6 500元/t,石腦油及輕烴裂解產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)成本約5 500元/t,裝置運行年8 000 h計)不凝氣回收成本8萬,丙烯增產(chǎn)效益84萬元,每年節(jié)能增效合計1 272萬元。

      4 總結(jié)

      乙烯裝置在滿負(fù)荷的情況下,通過采用在線反沖洗操作,投用APC控制技術(shù),精細(xì)優(yōu)化操作等方法,徹底解決了丙烯精餾塔超壓問題,有效提高了設(shè)備換熱效率,降低了裝置能源消耗,實現(xiàn)了節(jié)能增效,提高了產(chǎn)品收率和裝置生產(chǎn)能力,為企業(yè)的達標(biāo)、爭效、創(chuàng)優(yōu)作出了重要貢獻,在同類行業(yè)具有很高的借鑒價值。

      但也存在以下幾方面問題和建議:乙烯裝置或其他裝置的分離塔,汽提塔、精餾塔有用循環(huán)水冷凝冷卻的地方都可以應(yīng)用,實施前要進行工作安全分析(JSA),做好風(fēng)險和隱患的預(yù)防,影響上下游崗位正常平穩(wěn)運行的因素要考慮周全。實施時應(yīng)向公司生產(chǎn)運行處提請申請報告,待通過后方可實施。APC先進控制技術(shù)應(yīng)該在裝置趨于穩(wěn)定狀態(tài)情況下投用。當(dāng)裝置工藝參數(shù)出現(xiàn)大幅度波動時,應(yīng)及時切換至手動操作,避免因系統(tǒng)調(diào)節(jié)滯后,從而導(dǎo)致裝置的不正常運行。

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