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制冷压缩机改造应用分析

压缩机系统的技术改造应用分析

１、概述
随着裂解炉的不断改造，生产能力不断提高，后续压缩机单元的生产能力能否适应乙烯装置负荷的不断提高，成为制约乙烯装置负荷提高的重要因素。然而，压缩机中裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）段间温度高、段间压力高、夏季真空度高、汽油产量大、负荷过重；制冷压缩机系统特别是丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）出口压力高、换热器与段间罐两者间相互抢量、段间罐不能建立液位、夏季真空度高等问题都制约着生产负荷的提高。针对这些问题，乙烯车间研究了许多解决方法，确立了乙烯装置的技术改造方案，技术改造在一次次检修中顺利进行，最终解决了影响装置负荷的瓶颈，保证了乙烯装置高负荷生产的能力。
２、压缩系统概况
压缩系统主要包括五大压缩机系统，分别是裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１），丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１），乙烯制冷压缩机系统（ＧＢ６０１），甲烷制冷压缩机系统（ＧＢ３５０），燃料气压缩机系统（ＧＢ３５１）。
裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）为蒸汽透平驱动的离心式五段压缩系统，主要目的是提高分离的深冷分离操作温度，节约低温能量和低温材料；同时加压会使裂解气中的水与重烃冷凝，除去水分和重烃，减少分离干燥脱水和精馏分离的负担。
丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）是蒸汽透平驱动的离心式四段压缩的闭路系统。其工作原理是压缩→冷凝→减压→蒸发。压缩——外界对系统作压缩功，提高冷剂的压力。冷凝——气态冷剂冷凝到液态冷剂，并在高温下向冷却水放热。膨胀——高压液态冷剂在节流阀中降压，由于压力降低，相应的沸点也降低，当液体的沸点低于当时的温度时，一部分液态冷剂蒸发，液体蒸发时必然要吸收热量，但由于膨胀过程发生很快，节流阀周围外界来不及供热，这部分热量则由降低自身内能来供给，所以高压液态冷剂节流后温度下降，膨胀成为低温低压的气液混合物。蒸发——液态冷剂蒸发为气体，并在低温下从制冷对象（冷剂用户）吸收热量，使制冷物质降温，以达到制冷工艺的要求。丙烯制冷压缩机（ＧＢ５０１）将气态丙烯增压至１．６ＭＰａ左右，用冷却水将气体丙烯冷凝成液体丙烯，丙烯的冷凝温度在３８℃左右，再利用节流、膨胀原理，使液态丙烯在节流阀中降压，使其液相沸点降低，通过蒸发，使液态丙烯在换热器中，蒸发成气态丙烯，吸收用户的热量，从而达到制冷的目的。该系统可以提供四个温度级位的冷剂：－４０℃，－２５℃，－７℃和１５℃。
其工艺流程简图如图１。
乙烯制冷压缩机系统（ＧＢ６０１）的工作原理与丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）基本相同，该系统可以提供以下三个温度级位的冷剂：－１０１℃，－７５℃和－６２℃。它们构成复迭制冷，共同为后续系统提供冷量。其工艺流程简图如图２。
燃料气压缩机系统（ＧＢ３５１）为电气驱动的二段压缩系统，甲烷制冷压缩机系统（ＧＢ３５０）为电气驱动的四段压缩系统。它们是在高温高负荷的情况下，弥补丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）和乙烯制冷压缩机系统（ＧＢ６０１）复迭制冷提供冷量的不足。

１．丙烯制冷压缩机２．丙烯收集罐３．一段吸入罐４．二段吸入罐５．三段吸入罐６．四段吸入罐７～１０．各级别丙烯用户１１～１２．冷却器
图１　丙烯制冷压缩机系统工艺流程简图

１．乙烯制冷压缩机２．乙烯收集罐３．一段吸入罐４．二段吸入罐５．三段吸入罐６～８．各级别乙烯用户９～１１．冷却器
图２　乙烯制冷压缩机系统工艺流程简图
３、压缩系统的技术改造
３．１　压缩机机组和汽油汽提塔的新建与改造
生产负荷的提高使丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）和乙烯制冷压缩机系统（ＧＢ６０１）的负荷大大增加。为了分担它们的负荷，保持生产正常运行，压缩单元新增加甲烷制冷压缩机系统（ＧＢ３５０）和燃料气压缩机系统（ＧＢ３５１）。甲烷制冷压缩机系统（ＧＢ３５０）使用高压甲烷作为冷剂，弥补了冷量的不足，同时将压缩过的高压甲烷送至燃料气压缩机系统（ＧＢ３５１）处理后送往燃料气系统，从而减轻了高压甲烷在系统中的重复做功，减轻了裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）的负荷。它们的建成投用弥补了制冷压缩机（ＧＢ５０１、ＧＢ６０１）提供冷量的不足，有利于乙烯装置的高负荷生产。
由于乙烯装置生产负荷的提高，裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）的负荷也随之增加，主要表现为：系统中重烃较多，在急冷水塔（Ｅ－ＤＡ１０４）和裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）反复回旋，使裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）负荷过重，制约了乙烯装置负荷的提高，于是对ＧＢ２０１系统进行了系列技术改造。
如表１所示，２０００年对ＧＢ２０１系统进行了技术改造ａ，即新建汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）。在二段吸入罐（Ｅ－ＦＡ２０２）中增加汽油槽，使重烃物质经ＧＡ２０８Ａ／Ｂ／Ｃ进入汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１），经塔内气液分离后，塔顶轻组分气体回到一段吸入罐，返回裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１），塔底粗汽油由ＥＧＡ２０１Ａ／Ｂ／Ｃ送往罐区，从而减轻了裂解气压缩机系统（ＧＢ２０１）的负荷，提高了生产能力。同时更换了碱洗塔（Ｅ－ＤＡ２０３）的填料，将凝液汽提塔（ＥＤＡ２０２）原有浮阀塔板改造为ＤＪ－３型塔板。近年来，汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）由于塔板效率不足，不能满足乙烯装置高负荷运行。于是，在２０１１年大检修中，乙烯车间对汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）塔板进行技术改造ｄ，将浮阀式塔板全部更换为ＤＪ－５型高效塔板，大大改善了汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）的汽油汽提效果，有利于生产负荷的提高。
３．２　临时线的新建与改造
乙烯装置负荷不断提高，丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）的工作能力严重制约着生产负荷的提高，特别是夏季温度较高，丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）经常出现出口高温高压，冷剂用户和吸入罐抢量等现象，使丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）大幅波动，影响后续系统的平稳，因此只有降低生产负荷以维持平稳生产。针对这一问题，大检修期间，对
丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）的出口冷凝器进行技术改造，并在丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）中新建了多条临时线。
表２中临时线ａ是从Ｅ－ＦＡ５０６（丙烯冷剂收集罐）出口至Ｅ－ＦＡ５０４（四段吸入罐）底部ＵＣ阀新建临时线，由于乙烯装置投产后，在夏季，丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）出口经常高温高压，用此临时线维持丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）的排出压力。这一技术改造基本上解决了夏季装置低负荷的瓶颈。
随着裂解炉的不断改造，乙烯装置的负荷进一步提高，裂解气压缩机段间换热器负荷加大，ＥＥＡ２０９（五段后冷却器）的负荷加大，从而导致丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）三段冷剂用户负荷增大，特别是Ｅ－ＥＡ２０９（三段冷剂用户），Ｅ－ＥＡ４１２（三段冷剂用户）和Ｅ－ＦＡ５０３出现争抢量现象，导致低压脱丙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０４）塔顶压力升高出现放火炬情况。于是，在２００８年检修期间，将临时线ｂ改造成ｃ１和ｃ２两条临时线，从而保证了三段冷剂用户的液位。同时，在Ｅ－ＥＡ５０１Ｂ的出口至临时线ａ上新建一条临时线ｄ，也有效降低了丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）的出口压力。

表１　ＧＢ２０１系统的系列技术改造

表２　ＧＢ５０１系统的临时线
２０１０年，乙烯装置经历小的检修，可能是装置的工况发生了变化，整个丙烯制冷压缩机系统（ＧＢ５０１）出现大的波动，原有的几条临时线不能维持ＥＦＡ５０２，Ｅ－ＦＡ５０３和二段、三段冷剂用户的液位。在高温情况下，低压脱丙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０４）和脱乙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０１）塔压高居不下，乙烯装置只有将负荷由检修前的６７Ｔ／Ｈ降低到６０Ｔ／Ｈ，以维持生产运行。这一问题再一次制约了乙烯负荷的提高，于是，再对另一条临时线ｂ进行了技术改造，即表２中ｅ１和ｅ２，其位置分别是Ｅ－ＦＡ５０４至Ｅ－ＦＡ５０３和Ｅ－ＦＡ５０４至ＥＦＡ５０２。同时，又增加了临时线ｆ，即Ｅ－ＦＡ５０４至ＥＥＡ４１２的临时线，当Ｅ－ＥＡ４１２的液位在以上几条临时线的调节下仍不能满足时，可以投用此临时线以保证Ｅ－ＥＡ４１２的液位。这次技术改造以后，段间罐液位和冷剂用户液位再次找到平衡点，乙烯装置的负荷得以恢复。
２０１３年，Ｅ－ＤＡ２０２的再沸器Ｅ－ＥＡ２１１工作状况极差，为了Ｅ－ＤＡ２０２的正常运行，Ｅ－ＥＡ２１１需切出清洗。由于Ｅ－ＥＡ２１１进料阀内漏阻碍了Ｅ－ＥＡ２１１的正常切出，同时考虑到Ｅ－ＤＡ２０２可以单独切出检修，新增一条Ｅ－ＦＡ２０３至Ｅ－ＧＡ２０８的临时线，当ＥＤＡ２０２需要单独切出时，裂解气压缩机系统这股负
荷将有此临时线送至Ｅ－ＤＡ２０１，从而实现了不影响正常生产的情况下，对Ｅ－ＤＡ２０２的切出。
４、意义与展望
乙烯装置通过新建甲烷制冷压缩机系统（ＧＢ３５０）、新建燃料气压缩机系统（ＧＢ３５１）、新建汽油汽提塔（ＤＡ２０１），新建换热器、扩容换热器、新增临时线以及对它们的技术改造等，解决了一个又一个的生产瓶颈，从而保证了乙烯装置持续高负荷生产的能力。
裂解单元革命式的技术改造，势必带来乙烯装置的新生，压缩系统也将面临着新的挑战。面对新的挑战，在丰富技术改造经验的指导下，压缩系统一定可以通过新的技术改造迎接将来的挑战，从而保证乙烯装置安全高效的生产。

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