聚烯烴聯合裝置氣力輸送系統集中氣源設計和應用

王盛達

（中石化上海工程有限公司，上海 201200）

氣力輸送是聚烯烴裝置中典型的后工段成品顆粒料輸送方式之一，而氣源設備是氣力輸送系統的心臟，在系統設計階段，正確選擇氣源設備是非常重要的決定，因為這不僅是系統建設投資最高的設備，而且還是后期運行階段用電成本的重要影響因素。

1 現狀

國內現階段的聚烯烴化工裝置因規模和投資成本等因素影響，大多以單套裝置形式建立。因此，氣力輸送系統的氣源設備組成主要以分散式輸送氣源。分散式氣源，顧名思義，是由多臺羅茨風機或螺桿壓縮機按照不同的輸送工況、輸送能力、距離、壓力等要求分別組成的供氣單元以滿足相對應的各種工況。

然而隨著塑料行業產能需求幾何級增長，越來越多的工程項目以聚烯烴裝置群的形式出現。集中氣源基于這個背景下逐漸成為了可以替代分散式氣源的設計方案。下面介紹一套典型的400KTA的聚丙烯粒料輸送流程，流程圖見圖1。

圖1中，粒料輸送系統由以下幾種工況組成：

圖1 氣力輸送系統流程圖

（1）擠出機出料進入緩沖料斗，通過底部喂料旋轉閥將粒料加入氣力輸送管道內送至8臺產品摻混料倉，輸送能力為75t/h。

氣源由兩臺羅茨風機A提供，一開一備。羅茨風機氣體出口設置換熱器及在線過濾器，使輸送氣溫度、濕度、潔凈度滿足設計要求。

（2）每臺摻混料倉底部出口配置旋轉閥及換向閥將重力下料分成兩路，一路通過氣力輸送返回到摻混料倉，即所謂循環摻混；另一路是通過氣力輸送送至成品包裝料倉頂部淘析器；以上兩種工況可同時進行，輸送能力為90t/h。

兩種工況的輸送氣由兩臺單螺桿壓縮機提供，并共用一臺備機。氣體出口也同樣設置換熱器、在線過濾器

（3）摻混料倉內的不合格品通過氣力輸送返回至位于擠出機進料口的返工料倉，輸送能力為15 t/h；該工況僅在裝置開車期間向返工料倉輸送不合格品，正常生產期間不考慮該工況。

（4）經淘析后的粒料再由氣源輸送至各個包裝料倉，輸送能力為90t/h。

氣源由兩臺羅茨風機B提供，一開一備。羅茨風機氣體出口設置換熱器及在線過濾器，使輸送氣溫度、濕度、潔凈度滿足設計要求。

每套裝置粒料輸送氣源的剛性配置如上所述，如果同時建設兩套及以上聯合裝置，則所需的設備數量與裝置數量呈線性關系。這將大大增加業主的前期投資成本，使得設計方案無法體現優越性。而集中供氣單元的方案卻能在聯合裝置中體現出其獨特的優點。下面筆者將詳細介紹。

2 集中氣源的組成

所謂集中氣源就是采用N臺多級離心壓縮機并聯組成供氣管網為聯合裝置中每套氣力輸送系統提供最苛刻工況下所需的氣量，壓縮機的數量N是根據最苛刻工況下所需的總氣量及標準設備的額定流量、壓力所決定。主流的離心壓縮機組主要由圖2所示的設備、控制閥組、儀表及控制單元組成。

圖2 二級離心壓縮機工作流程

2.1 氣源的工作原理

常壓氣體通過入口空氣過濾器過濾后進入主機，經過一級壓縮后的空氣進入中間冷卻器冷卻后進入二級壓縮單元，經過二級壓縮后的氣體在流量和壓力滿足正常工況下通過換熱器和在線過濾器后進入氣力輸送管網，由氣體流量控制單元（ACU）控制氣體的流量、壓力和輸送路徑。

2.2 附屬設備的技術要求

附屬設備冷卻器、在線過濾器、過濾器、干燥器、儲氣罐等應與輸送氣源機械相匹配，并能滿足輸送氣的溫度、壓力、含水率、潔凈度等工藝技術要求[1]。輸送石油化工粉粒料產品如：PP、PE、PET、PVC、PTA、PA6等，應選用無油氣源機械或配置高精度濾油過濾器。氣源機械的吸氣口應設有過濾裝置，如果吸氣口設在室外，應采取防雨措施。詳細流程見圖3。

圖3 集中氣源流程圖

2.3 氣源參數的計算[2]

壓縮機主要參數為輸送氣量、輸送壓力。

Ga-氣體的質量流量，即Ga=Gs/μ

Gs-物料的質量流量；

μ-固氣比,物料流量與氣體流量之比；

ρa-氣體的密度。

因此，輸送氣量QCon可以表示為：

QLN輸送系統漏氣量（包括管道、旋轉閥等）。

輸送壓力是輸送系統的壓降、換熱器、在線過濾器、旋轉閥、袋式過濾器的壓降之和，再考慮10%的安全裕量。即

PGas-管網系統壓降（包括換熱器、過濾器、管道壓降）；

PCon-物料輸送壓降（包括排放氣壓降）。

2.4 氣源的控制方法

常用的氣源控制是通過在每臺壓縮機入口設置自動風門(IGV)調節以及出口設置放空閥(BOV)組進行氣量和壓力的調節。對于分散氣源設計，每臺壓縮機對應一條輸送管線，為調節輸送氣量需要為每一條輸送管線設置獨立的放空閥組。集中氣源設計僅在每臺壓縮機出口設一套放空閥組，整個裝置各輸送管線的多余輸送氣體排放全部由這幾個放空閥組完成。使放空閥組的配置數量顯著減少。

2.4.1 壓縮機啟動時，關閉放空閥，調節風門至最大位置，直至壓縮機的壓力和氣量達到100%負荷。如果此時壓力和氣量還沒有達到輸送工況設定值，則順序加載第二臺壓縮機，該過程將重復進行，直到系統壓力正確或壓縮機滿負荷為止。在達到系統壓力后，控制器會將壓縮機逐臺切換為部分負載，優化各臺壓縮機的工作負荷。

2.4.2 在運行過程中，如果壓力突然升高，則需要從最后一臺壓縮機開始卸載壓力，減小風門開度，打開放空閥排放多余氣體，降低壓力。若壓力仍然高于設定值，則依次卸載各臺壓縮機壓力。直至壓力回歸設定值。

3 實際工程案例

某項目為兩套40萬噸/年聚丙烯聯合裝置，成品粒料的輸送型式采用密相輸送，每套裝置配置8臺摻混料倉，8臺包裝料倉，共計32臺料倉。輸送工況與流程圖圖1中的所示的各種工況相同。各種工況的設計參數見表1。

表1 聯合裝置輸送工況參數

由表1可知，輸送所需的最大壓力為3.50 barg，總氣量為23340Nm3/h。按照實際工程經驗，壓力和氣量均需考慮10%的裕量。即，選 型 壓 力 為3.85 barg，氣 量 為25674Nm3/h。根據壓縮機的標準能力，可選4臺壓力為4barg，氣量為10000Nm3/h的壓縮機，三用一備。

如按分散氣源的設計配置兩套聚丙烯裝置的輸送氣源，則氣源設備所需數量對比詳見表2。

表2 優化前后設備清單

顯而易見，集中氣源所需的設備數量得到了大大的優化，設備的能耗也顯著降低。可以為項目節省客觀的前期設備投資,節約占地面積，以及業主后期的運營成本。

4 結論

在裝置運行期間，由于產品牌號改變及上游生產量的變化，輸送能力需要隨之變化。稀相輸送能力調節無需改變輸送氣量，僅調節給料量即可。密相輸送則不同，輸送量調節即需要調節給料量，同時需要調節輸送氣量。集中氣源設計對于稀相輸送和密相輸送均適用，但對于密相輸送更具優越性。