丙烯制冷系統消耗與優化

【摘 要】重點介紹了丙烯制冷裝置消耗偏高的原因分析，及如何徹底解決冷凍系統超壓，并減少丙烯的消耗的對策，通過技術改造在保證了冷凍系統穩定運行的前提下給低溫甲醇洗工序提供了足夠的制冷量，實現了系統最優化控制，并在兗礦國宏年產50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置得到了驗證，以及下一步改造方向。

【關鍵詞】丙烯制冷；消耗；增壓系統；放空

兗礦國宏公司年產50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置是國內規模較大且投用較早的裝置，本裝置的核心設備為透平機拖動的離心式壓縮機，設計一段入口氣量為42050Nm3/h，壓力為0.02MPa，溫度為-40℃，出口壓力為1.8MPa。本裝置以丙烯為介質，通過壓縮機壓縮，用循環水冷凝然后送至低溫甲醇洗裝置節流降壓蒸發，達到制冷效果以補充對低溫甲醇洗各深冷器冷量損失。本裝置壓縮機的一段入口溫度和二段出口壓力為重點控制指標，影響該指標的因素除了壓縮機轉速和水冷器換熱效果外，系統中的氮氣含量成為最主要影響，因此在開停車過程中如何減少氮氣進入系統顯得尤其重要，本裝置經過工藝操作優化和改造后，基本實現了丙烯零消耗，為國內同行業裝置創造了典范。

1.丙烯制冷工藝流程簡介

壓力約1.8MPa溫度約40℃液體丙烯從槽車導入丙烯貯槽，一部分作為制冷劑給變換氣制冷，另一部分回收低溫甲醇洗尾氣冷量，然后液相丙烯進入丙烯閃蒸槽，丙烯閃蒸槽內的液相丙烯一部分進入低溫甲醇洗各深冷器作制冷劑，另一部分進入丙烯分離器以維持丙烯分離器液位，經過低溫甲醇洗各深冷器制冷后的氣相丙烯同樣進入丙烯分離器，丙烯分離器和丙烯閃蒸槽內的氣相丙烯分別作為壓縮機的一段、二段入口氣進入丙烯壓縮機，經壓縮機加壓后進入丙烯冷凝器，冷凝的液相丙烯進入丙烯貯槽，從而形成一個閉路循環。

2.影響制冷效果及消耗的主要因素

2.1壓縮機轉速

本系統主要控制2個工藝指標，壓縮機一段入口溫度-40℃≤t≤-36℃，另一個是壓縮機二段出口壓力p≤1.8MPa（G）。壓縮機轉速的改變對以上兩項指標影響明顯，隨著轉速的提高壓縮機一段入口溫度下降明顯，同時壓縮機壓縮比增大再通過調節防喘振閥壓縮機二段出口壓力上升，特別是在夏季受外界氣溫的影響，裝置需要為低溫甲醇洗補充更多的冷量.

2.2系統內氮氣含量高

2.2.1系統長期停車或大修停車后大量氮氣存于系統

丙烯系統在長期停車時需將丙烯閃蒸槽、丙烯分離器及低溫甲醇各丙烯冷卻器內的丙烯液用氮氣全部導入丙烯貯槽，然后氣相丙烯及氮氣混合氣體通過放空管線排放至火炬系統燃燒，系統內仍保持氮氣微正壓，目的是防止隨著外界環境溫度的升高系統內壓力不斷上升，從而導致壓縮機缸體內的污物損壞壓縮機干氣密封，工藝處理過程中丙烯損失約3噸，直接經濟損失約4萬元；在系統大修時更需要將系統內的丙烯全部導出，由于約30%液相丙烯是存留在系統管道內的，在導丙烯至槽車過程中部分液相丙烯閃蒸，最多也只能導出80%液相丙烯，其他的丙烯再經過氮氣置換，排放至火炬系統燃燒，直接損失丙烯約14噸，且系統氮氣置換后保持氮氣微正壓，工藝處理直接經濟損失約18萬元，造成的環境污染更加嚴重。

2.2.2短期開停車時大量氮氣進入系統

在裝置開停車時壓縮機干氣密封一級密封氣需切換成中壓氮氣，進氣量約2×200Nm3/h，特別是在汽輪機冷態開車時，只有壓縮機出口壓力大于入口壓力0.2-0.3MPa時才能切換成工藝氣，時間大約3小時，進入系統中的氮氣量約1200Nm3，如此大量的氮氣進入系統最終會積聚在壓縮機出口，由于氮氣在丙烯冷凝器中不能冷凝成液態，最終導致壓縮機出口超壓，甚至引起壓縮機喘振，所以要將丙烯氣中的氮氣經過放空管線排放至火炬系統燃燒。根據以往開車經歷統計，每次壓縮機開車丙烯放空量約7噸，直接經濟損失約9萬元。

2.3丙烯冷凝器換熱效果差

由于各種原因丙烯系統壓力超壓而被迫放空，特別是在炎熱的夏季，在投用噴淋水的情況下仍然不能滿足工藝需求，造成一次水及丙烯的消耗增加。

2.4其他引起丙烯消耗高的因素

除上述主要引起丙烯制冷效果差造成丙烯消耗增加的因素外，還有如下幾點應當引起注意：

（1）穩定透平機的安全運行。

（2）消除跑冒滴漏。

（3）維護好干氣密封的穩定運行。

3.工藝優化及技術改造

3.1選擇適宜的放空點

丙烯系統開車時壓縮機出口超壓是引起被迫放空的直接原因，壓縮機出口一般設置安全閥且安全閥有旁路，出口氣相丙烯進入丙烯冷凝器，在四臺丙烯冷凝器（分兩級冷卻）上均設有丙烯放空管線，為減少放空時丙烯夾帶量過多，應選擇適宜的放空點，二級冷凝器放空管線是經過一級冷卻后的氣液混合物，其中氮氣含量相對比其他放空點要多，因此從二級冷凝器放空管線放空可以減少丙烯消耗。

3.2丙烯靜態置換

系統開車初期，為確保系統氮氣置換露點合格并不混入空氣，丙烯貯槽在充裝丙烯前系統保持氮氣微正壓，造成開車過程中丙烯消耗較大。隨著生產經驗的不斷增長，我們逐步找到了一些盡可能減少丙烯消耗的措施，靜態置換就是其中比較有效的一例。在丙烯貯槽充裝完丙烯后，通過正常導液程序，控制少量丙烯進入系統，選擇系統中較高的幾個排氣點，逐步用丙烯氣置換出系統中的氮氣，再通過分析，保證最高排氣點的氮氣含量低于5%即可。這樣就可以保證在開車過程中減少因氮氣含量高引起的丙烯消耗過大問題。

3.3干氣密封增加增壓系統

丙烯壓縮機軸端密封為TM02D 型帶中間迷宮的串聯式干氣密封系統，正常工作時采用壓縮機組出口氣作為一級密封氣，在開停車時切換成中壓氮氣，是丙烯中混有氮氣的主要原因，造成極大的浪費。干氣密封增壓系統的投用，可以在機組開停機時不再使用氮氣作一級密封氣，而使用機內工藝氣—丙烯氣，從而不需要丙烯氣置換氮氣的過程，避免了丙烯氣的浪費。增壓系統的核心為氣體驅動增壓器，它從壓縮機內抽出氣體，增壓后返回干氣密封系統作為一級密封氣，再注入機內，確保了密封氣的正常供給。增壓器采用氮氣為驅動氣源，無油潤滑，節省了電能并保證密封氣的潔凈；另外，增壓系統設置聯鎖，當主密封氣壓力與平衡管差壓低于0.1MPa時增壓系統自動啟動，當主密封氣與平衡管差壓高于0.15MPa時增壓系統自動停止，裝置完全自動化。

4.結語

在兗礦國宏化工有限責任公司年產50萬噸甲醇項目丙烯制冷裝置生產過程中，我們總結出了降低丙烯消耗且提高制冷效果的因素，通過系統靜態置換和技術改造減少了氮氣進入系統，可以大大減少丙烯作為生產成本的消耗，能夠較快的給低溫甲醇洗各深冷器提供足夠的冷量，減少了低溫甲醇洗溶液系統的降溫時間，真正實現了節能降耗，創造了經濟效益，并在一定程度上減少了溫室氣體CO2的排放。