丙烯制冷消耗与对策解析
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【摘要】重点介绍了丙烯制冷装置消耗偏高的原因分析，及如何彻底解决冷冻系统超压，并减少丙烯的消耗的对策，通过技术改造在保证了冷冻系统稳定运行的前提下给低温甲醇洗工序提供了足够的制冷量，实现了系统最优化控制，并在兖矿国宏年产５０万吨甲醇项目丙烯制冷装置得到了验证，以及下一步改造方向。
【关键词】丙烯制冷；消耗；增压系统；放空
0.前言
兖矿国宏化工有限责任公司年产50万吨甲醇项目丙烯制冷装置是国内规模较大且投用较早的装置，本装置的核心设备为透平机拖动的离心式压缩机，设计一段入口气量为42050Nｍ3/h，压力为0.02MPa，温度为-40℃，出口压力为1.8MPa。本装置以丙烯为介质，通过压缩机压缩，用循环水冷凝然后送至低温甲醇洗装置节流降压蒸发，达到制冷效果以补充对低温甲醇洗各深冷器冷量损失。本装置压缩机的一段入口温度和二段出口压力为重点控制指标，影响该指标的因素除了压缩机转速和水冷器换热效果外，系统中的氮气含量成为最主要影响，因此在开停车过程中如何减少氮气进入系统显得尤其重要，本装置经过工艺操作优化和改造后，基本实现了丙烯零消耗，为国内同行业装置创造了典范。
1.丙烯制冷工艺流程简介
压力约1.8MPa温度约40℃液体丙烯从槽车导入丙烯贮槽，然后根据压差进入低温甲醇洗一部分作为制冷剂给变换气制冷，另一部分回收低温甲醇洗尾气冷量，然后压力约0.51MPa温度约4℃气/液相丙烯进入丙烯闪蒸槽，丙烯闪蒸槽内的液相丙烯一部分进入低温甲醇洗各深冷器作制冷剂，另一部分进入丙烯分离器以维持丙烯分离器液位，经过低温甲醇洗各深冷器制冷后的气相丙烯压力约0.02MPa温度约-40℃同样进入丙烯分离器，丙烯分离器和丙烯闪蒸槽内的气相丙烯分别作为压缩机的一段、二段入口气进入丙烯压缩机，经压缩机加压后压力约1.8MPa，温度约98℃进入丙烯冷凝器，冷凝的液相丙烯进入丙烯贮槽，从而形成一个闭路循环。
2.影响制冷效果及消耗的主要因素
2.1压缩机转速
本系统主要控制２个工艺指标，压缩机一段入口温度-40℃≤t≤-36℃，另一个是压缩机二段出口压力p≤1.8MPa（G）。压缩机转速的改变对以上两项指标影响明显，随着转速的提高压缩机一段入口温度下降明显，同时压缩机压缩比增大再通过调节防喘振阀压缩机二段出口压力上升，特别是在夏季受外界气温的影响，装置需要为低温甲醇洗补充更多的冷量，因此压缩机转速相对较高，一般控制在4900-5000rpm，在冬季外界环境温度低，压缩机转速控制在4600-4700rpm，以保证给低温甲醇洗提供足够的冷量。
2.2系统内氮气含量高
2.2.1系统长期停车或大修停车后大量氮气存于系统
丙烯系统在长期停车时需将丙烯闪蒸槽、丙烯分离器及低温甲醇各丙烯冷却器内的丙烯液用氮气全部导入丙烯贮槽，然后气相丙烯及氮气混合气体通过放空管线排放至火炬系统燃烧，系统内仍保持氮气微正压，目的是防止随着外界环境温度的升高系统内压力不断上升，从而导致压缩机缸体内的污物损坏压缩机干气密封，工艺处理过程中丙烯损失约3吨，直接经济损失约4万元；在系统大修时更需要将系统内的丙烯全部导出，由于约30%液相丙烯是存留在系统管道内的，在导丙烯至槽车过程中部分液相丙烯闪蒸，最多也只能导出80%液相丙烯，其他的丙烯再经过氮气置换，排放至火炬系统燃烧，直接损失丙烯约14吨，且系统氮气置换后保持氮气微正压，工艺处理直接经济损失约18万元，造成的环境污染更加严重。
2.2.2短期开停车时大量氮气进入系统
在装置开停车时压缩机干气密封一级密封气需切换成中压氮气，进气量约2×200Nm3/h，特别是在汽轮机冷态开车时，只有压缩机出口压力大于入口压力0.2-0.3MPa时才能切换成工艺气，时间大约3小时，进入系统中的氮气量约1200Nm3，如此大量的氮气进入系统最终会积聚在压缩机出口，由于氮气在丙烯冷凝器中不能冷凝成液态，最终导致压缩机出口超压，甚至引起压缩机喘振，所以要将丙烯气中的氮气经过放空管线排放至火炬系统燃烧。根据以往开车经历统计，每次压缩机开车丙烯放空量约7吨，直接经济损失约9万元。
2.3丙烯冷凝器换热效果差
我公司循环冷却水水质一直不是很理想，在设计上也存有一定的缺陷，经常造成水冷器堵塞、结垢甚至设备腐蚀内漏，引起换热效果差，从而导致丙烯系统压力超压而被迫放空，特别是在炎热的夏季，在投用喷淋水的情况下仍然不能满足工艺需求，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，还有如下几点应当引起注意：
2.4.1稳定透平机的安全运行。若由于各种原因引起透平机真空度不好，必然会造成蒸汽消耗及耗功量增加，甚至引起压缩机转速波动，直接影响压缩机组的安全稳定运行。
2.4.2维护好干气密封的稳定运行。丙烯在装置中是一个闭路循环，正常生产过程中干气密封的泄漏是引起丙烯消耗的另一重要因素。因此，如何保证干气密封的安全稳定运行，防止一级密封泄漏是也节约消耗的一个重要环节。正常生产过程中，一方面应保持后置隔离气源的稳定，防止油污染密封端面；另一方面要杜绝硬质颗粒和液体进入干气密封。
3.工艺优化及技术改造
3.1选择适宜的放空点
丙烯系统开车时压缩机出口超压是引起被迫放空的直接原因，压缩机出口一般设置安全阀且安全阀有旁路，出口气相丙烯进入丙烯冷凝器，在四台丙烯冷凝器(分两级冷却)上均设有丙烯放空管线，为减少放空时丙烯夹带量过多，应选择适宜的放空点，二级冷凝器放空管线是经过一级冷却后的气液混合物，其中氮气含量相对比其他放空点要多，因此从二级冷凝器放空管线放空可以减少丙烯消耗。
3.2丙烯静态置换
系统开车初期，为确保系统氮气置换露点合格并不混入空气，丙烯贮槽在充装丙烯前系统保持氮气微正压，造成开车过程中丙烯消耗较大。随着生产经验的不断增长，我们逐步找到了一些尽可能减少丙烯消耗的措施，静态置换就是其中比较有效的一例。在丙烯贮槽充装完丙烯后，通过正常导液程序，控制少量丙烯进入系统，选择系统中较高的几个排气点，逐步用丙烯气置换出系统中的氮气，再通过分析，保证最高排气点的氮气含量低于5%即可。这样就可以保证在开车过程中减少因氮气含量高引起的丙烯消耗过大问题。
3.3干气密封增加增压系统
我公司丙烯压缩机轴端密封为TM02D 型带中间迷宫的串联式干气密封系统，正常工作时采用压缩机组出口气作为一级密封气，在开停车时切换成中压氮气，是丙烯中混有氮气的主要原因，造成极大的浪费，不利于节能减排。干气密封增压系统的投用，可以在机组开停机时不再使用氮气作一级密封气，而使用机内工艺气-丙烯气，从而不需要丙烯气置换氮气的过程，避免了丙烯气的浪费。增压系统的核心为气体驱动增压器，它从压缩机内抽出气体，增压后返回干气密封系统作为一级密封气，再注入机内，确保了密封气的正常供给。增压器采用氮气为驱动气源，无油，节省了电能并保证密封气的洁净；另外，增压系统设置联锁，使装置完全自动化。
4.结语
在兖矿国宏化工有限责任公司年产５０万吨甲醇项目丙烯制冷装置生产过程中，我们总结出了降低丙烯消耗且提高制冷效果的因素，通过系统静态置换和技术改造减少了氮气进入系统，可以大大减少丙烯作为生产成本的消耗，能够较快的给低温甲醇洗各深冷器提供足够的冷量，减少了低温甲醇洗溶液系统的降温时间，真正实现了节能降耗，创造了经济效益，并在一定程度上减少了温室气体CO2的排放。 [科]