前脫乙烷乙烯冷凍系統節能控制技術研究

陳 麗,馮 利,王桂英＊,欒國顏,孫純國

（1.吉林化工學院石油化工學院;2.中國石油吉林石化公司乙烯廠,吉林 吉林 132022）

乙烯是石油化工產業的主要代表產品，在石油化工中起主導地位。乙烯裝置是石油化工行業中能耗最大的裝置之一，其生產水平成為衡量一個國家或地區石油化工發展的主要標志。乙烯生產中分離很多是冷分離，最低溫度為-102℃，制冷系統能耗特別大。本文對前脫乙烷乙烯冷凍系統進行節能技術研究，使節能的措施應用到實際生產中，讓企業因節能取得更多的效益。

1 乙烯-丙烯復疊制冷循環系統

以丙烯為制冷劑構成的蒸汽壓縮制冷循環中，其冷凝溫度可采用38-42℃的環境溫度（冷卻水或者是空冷）。但是在維持蒸發壓力不低于常壓的條件下，其蒸發溫度受丙烯沸點的限制只能達到-45℃的低溫，所以使用乙烯為制冷劑的蒸汽壓縮制冷系統，其蒸發溫度可以降到-102℃，由于乙烯受臨界點的影響，不能在環境下冷凝，冷凝溫度必須低于9.9℃，所以，采用丙烯制冷循環為乙烯制冷循環提供冷量，這就是乙烯-丙烯復疊制冷循環[1]。

冷深冷級別分為：淺度冷凍（≥低于-50℃冷凍溫度）；中度冷凍（-50～-100℃冷凍溫度）；深度冷凍（≤-100℃冷凍溫度）。

吉林市某乙烯廠采用前脫乙烷流程，丙烯冷劑用水冷降溫，分-30℃、-20℃、0℃、12℃四個等級，乙烯冷劑用-30℃丙烯冷劑降溫，分-57℃、-80℃、-101℃三個等級。因此在開車時，要先開丙烯機再用丙烯冷劑開乙烯機，整個過程稱為復迭制冷。乙烯機除了提供乙烯冷劑外，還與乙烯精餾塔形成開式熱泵，分離乙烯和乙烷，并向下游用戶提供氣相乙烯外送。

2 控制系統

對乙烯丙烯復迭制冷用空冷代替部分丙烯冷媒壓縮機制冷的節能研究，控制系統尤為重要，新的節能方案中大量使用分程控制，如圖1、圖2所示。

圖1 調節閥分程控制動作（同向）

圖2 調節閥分程控制動作（反向）

3 丙烯冷凍系統優化方案

本次優化方案的控制點設計主要采用的是分程控制方案[2-3]（如圖3）。

圖3 分程控制方案

在壓縮機兩段、三段、四段管線出口分別加自動儀表控制，當溫度低于3℃，開啟兩級壓縮，當溫度低于14℃高于3℃時，開啟三段壓縮，當外界溫度高于14℃，開啟原流程的四段壓縮。

當開啟三段壓縮時，壓縮機出口的氣體為30.7℃，丙烯不經過冷凝水，而是直接進入空冷器E4620，使丙烯降溫到8℃冷凝成液體（飽和液體），如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到8℃，這樣的話就應該在空冷器的出口安裝一個自動儀表TIC4620來分程控制丙烯的走向，當溫度達到8℃，閥4620A打開，閥4620B關閉。當溫度沒有達到，閥4620A關閉，閥4620B打開，進入換熱器E4621進行冷劑補償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，在換熱器的出口加控制儀表TIC4621，閥4621控制冷物流進口流量來控制物料的出口溫度達到8℃，8℃的液態丙烯經過減壓閥達到0℃溫位。12℃的冷凍級別，就由空氣直接進行冷卻，這樣在原本進入E3701的物料管路上加一個手動閥，當溫度低于14℃高于3℃時，直接進入空冷器E4622，當溫度高于14℃時，進入原流程E3701，所以，開啟三段壓縮機時，直接進入空冷器E4622，如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到12℃，這樣的話就應該在空冷器的出口安裝一個自動儀表T4622來分程控制丙烯的走向，當溫度達到12℃，閥4622A打開，當溫度沒有達到12℃，閥4622A關閉，閥4622B打開，進入換熱器E4623進行冷劑補償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，在換熱器的出口加控制儀表，閥4623控制冷物流進口流量來控制物料的出口溫度達到12℃。

當開啟兩段壓縮時，丙烯直接進入E4624空冷器，使丙烯降到-3℃的液體（飽和液體），如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到-3℃，同理，加一個換熱器做為冷劑補償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，溫度達到-3℃后，經過減壓閥達到-12℃溫位。這樣除了12℃的冷凍級別需要空冷器進行冷卻之外，0℃的物料也需要進入空冷器E4626、E4628、E4630、E4632進行冷卻，同理，若溫度高，加一個換熱器做為冷劑補償。

4 結論

本文針對東北地區天氣的實際情況，對乙烯丙烯復迭制冷中的丙烯冷媒系統通過空冷器來冷卻物流，在節能型方案中為實現自動控制大量的采用了分程控制。

[1]傅良.乙烯行業節能技術[M].北京化工工程公司：現代化工,2003,5(05):12-16.

[2]米鎮濤.化學工藝學[M].化學工業出版社,2014:97.

[3]邵裕森.過程控制及儀表[M].北京:機械工業出版社,2005:16-17.