低溫乙烯物料輸轉的工藝優化

高潔

摘 ?要：本文闡述低溫乙烯物料從常壓低溫罐輸轉至壓力球罐工藝，淺析如何將該工況運行時的核心設備乙烯加熱器E42進行工藝控制參數進行調整優化，解決實際工作中碰到的一些問題，實現該設備在低負荷工況下的安全生產運行，為提高工況的操作彈性創造了條件。

關鍵詞：低溫;乙烯;儲運;控制器

前言

隨著我國乙烯工業的迅速發展，低溫乙烯儲運技術以其存貯量大、安全可靠等特點越來越得到廣泛的應用。低溫物料需被加熱后送到下游裝置或中間球罐，換熱溫度梯度較大，低溫物料的安全加熱技術顯得格外重要。

1 低溫乙烯物料輸送工藝

貯存在低溫乙烯常壓罐中的-102.7 ℃、107 kPa液相乙烯，經泵P42加壓至2450 kPa后，送至乙烯加熱器E42管程，被加熱至-30 ℃的液相乙烯經流量計進行計量后送到乙烯球罐。把-102.7 ℃的低溫乙烯加熱到-30 ℃。該工況設計流量是37 t·h-1，殼程丙烯的操作壓力定為1400 kPa。

2 低溫乙烯加熱控制優化

2.1 乙烯加熱器E42的儀表控制方案

為實現E42換熱器的工藝指標的及時有效控制和確保生產和設備的安全運行，在該換熱器上采用多種控制系統包括串級控制、比值前饋控制、選擇控制，并采用三取二的儀表聯鎖控制回路，對儀表控制及聯鎖設置進行優化調整。

2.2 串級調節系統

在E42換熱器控制系統中，管程乙烯出口溫度TIC1024、蒸汽流量FIC1007及蒸汽調節閥FV1007組成一個串級調節系統。乙烯溫度為主調節參數，蒸汽流量為副調節參數。當乙烯溫度受外界干擾產生波動時，溫度調節器TIC1024的測量值與設定值產生偏差，使主調節器的輸出信號發生變化，該輸出值再去修正副調節器FIC1007的設定值，從而改變副調節器的輸出值，即調節蒸汽流量的大小，以確保乙烯出口溫度穩定在控制范圍內。

2.3 比值前饋調節系統

乙烯出口溫度TI1024是整個控制系統中的主要參數，影響它的主要因素是乙烯流量的改變。蒸汽流量的增加或減少是受乙烯溫度支配的，當乙烯溫度受干擾出現波動時，蒸汽量必須相應的調整使乙烯出口溫度趨于穩定。

2.4 低選擇器

如果主參數乙烯溫度下降，出現過大的負偏差時，TIC1024調節器的輸出值增加，蒸汽流量FFIC1007調節器的輸出值也隨之增加，蒸汽閥門FV1007要大幅度開啟，導致E42殼程丙烯壓力PIC1027測量值迅速上升;反之，如果乙烯出口溫度上升速度較快，出現過大的正偏差時，調節器會輸出信號使蒸汽閥門快速關閉，又會導致丙烯壓力迅速降低，工藝上是不允許的，因此，引入低選擇控制系統。

2.5 儀表聯鎖控制回路

為防止超溫超壓運行對設備的損壞，E42換熱器運行中，對乙烯出口溫度和殼程丙烯壓力分別設置高高位、低低位聯鎖，每套聯鎖均有3個測量點，其中2個測量點達到聯鎖值就會發生聯鎖。

3 乙烯加熱器E42的工藝控制的調整和優化

3.1工藝控制參數的優化

低溫乙烯物料從常壓低溫罐輸轉至壓力球罐的過程中，由于液相乙烯進入球罐會產生大量閃蒸汽，所以球罐壓力制約發料量。返料流量只能降低至23t·h-1。因此需將E42殼程內丙烯的操作壓力進行適當調整，以適應實際操作的需要。

3.2 在設計流量下換熱器的工藝計算

（1）熱負荷的確定

由于液相乙烯在加熱過程中沒有發生相態變化，根據熱量衡算式可以求出換熱器的熱負荷為：Q=GCP（t2-t1）。

在設計條件下，E42管程液相乙烯的流量為37t·h-1，進出口溫度分別為-99.695℃、-32℃，已知在該溫度下液相乙烯的平均定壓比熱容為2.7005 kJ·（kg℃）-1，設計條件下換熱器的熱負荷為：1878.88kW

（2）傳熱推動力△tm的確定

殼程內丙烯作為傳熱介質，被乙烯吸熱發生冷凝，同時被蒸汽加熱發生汽化，在設計操作壓力1400kPa的溫度為35.896℃，則E42換熱過程中的傳熱推動力用冷熱流體的對數平均溫差表示。設計條件下換熱器的對數平均溫度差為：97.87℃

（3）總傳熱系數的確定

E42換熱器乙烯管程的換熱面積為21.156 m2，換熱器的總傳熱系數K。Q=KS△tm。求得總傳熱系數為：907.44 W·（m2℃）-1

3.3 根據實際操作條件對丙烯壓力進行推算

由于球罐沒有氣相回收系統，收料過程中產生的氣相乙烯來不及液化，造成罐壓超高，所以發料量無法達到設計流量37 t·h-1，低溫罐實際發料量最低約23 t·h-1，乙烯實際操作溫度進口-102.7 ℃，出口溫度-30℃，已知在該溫度下液相乙烯平均定壓比熱容為2.6956 kJ·（kg℃）-1，故對換熱器的實際熱負荷重新計算：1254.31 kW

對于原換熱器，其換熱面積、總傳熱系數不變。根據傳熱方程式，推算出新情況下的對數平均溫差△tm：65.34 ℃

新情況下殼程丙烯的操作溫度為T′，利用傳熱推動力的計算公式求取T′：5.6℃

查得丙烯在5.6℃時的飽和蒸汽壓為634 kPa，該壓力值低于原設計E42丙烯殼層壓力低低聯鎖值670 kPa。丙烯在0℃時的飽和蒸汽壓為502.88 kPa，將E42殼程丙烯壓力控制范圍降低至600 kPa，低低聯鎖值變更為540 kPa。

3.4 新的工藝控制指標的應用結果

根據調整后的工藝控制指標進行工藝控制的調整。E42殼程內丙烯壓力控制及聯鎖值的修改是合理的，它既實現低流量情況下的物料的輸轉，又保證設備的安全運行。

3.5 聯鎖系統的優化設計

在低溫罐返球罐工況不運行時，E42乙烯出口溫度接近常溫，而該溫度值超過-20℃就要聯鎖停泵和關蒸汽閥門。而且，為了防止溫度驟降帶給管道設備的應力破壞，乙烯出口管線溫度的降溫速率不能太快，因此工況剛開始運行時，乙烯送出的流量要逐步提高至正常值，小流量運行時，乙烯出口溫度也是超過-20℃的，同樣會引起聯鎖動作。每次開泵前，需解除E42出口溫度高高聯鎖，使P42泵正常開啟，并確保蒸汽的正常供給，經過約半小時的調整，使工況穩定下來后，再恢復聯鎖。為避免每次低溫罐輸送前繁瑣的聯鎖解除和恢復手續，提出在E42出口溫度高高位聯鎖回路中增加了一個延遲開關，時間設置為30 min。

4 結語

通過對E42工藝控制參數的調整和修改，保證低溫乙烯常壓罐輸送至壓力球罐在未達到原設計流量的情況下的正常運行，提高該工況的操作彈性。通過對聯鎖系統的優化，確保聯鎖系統正常工作，從而達到生產優化的目的。

參考文獻

[1]《化工工藝設計手冊》，國家醫藥管理局上海醫藥設計院編

[2]《石油煉制設計數據圖表集》，華東理工大學石油加工系選編

[3]沈本賢編，《石油煉制工藝學》，石油工業出版社，2009

[4]《過程控制工程》（第二版），上海市教育委員會組編