氣相法聚丙烯回收氣壓縮機(jī)開車關(guān)鍵點(diǎn)總結(jié)

黃 聰，毛東輝，李進(jìn)杰，呂欽文，姚圣兵

（中國石油廣西石化公司生產(chǎn)四部，廣西 欽州 535008）

1 裝置簡(jiǎn)介

聚丙烯裝置放空氣回收系統(tǒng)的主要作用是降低丙烯單耗，減少氮?dú)庀模苊獗樵诜磻?yīng)器過量累積。產(chǎn)品接收倉C-5013排放氣經(jīng)壓縮、制冷、分餾3個(gè)階段，最終分離為丙烯液體、丙烷液體、輕組分惰性氣體（主要是氮?dú)猓?，丙烯返回反?yīng)器參與聚合反應(yīng)，惰性氣體用作物料輸送氣及產(chǎn)品接收倉凈化氣，丙烷送回上游裝置作原料。圖1為放空氣回收系統(tǒng)流程示意圖（輕組分惰性氣體未畫出）。

圖1 放空氣回收系統(tǒng)流程示意圖

回收氣壓縮機(jī)是放空氣回收系統(tǒng)的核心設(shè)備，氣體壓縮是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單體回收的第一步，如果壓縮機(jī)故障，放空氣將要從火炬排放，導(dǎo)致極大的能源浪費(fèi)及環(huán)境污染。系統(tǒng)的開車就是以壓縮機(jī)的開車為核心，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)外物料平衡的過程。因此，機(jī)組開車必然是系統(tǒng)開車的關(guān)鍵問題。本裝置回收氣壓縮機(jī)是瑞士布克哈德產(chǎn)4D250B-3AA-1雙作用迷宮式往復(fù)壓縮機(jī)，活塞行程250mm，4缸3級(jí)壓縮（第1級(jí)配置2個(gè)氣缸），各個(gè)氣缸各有一半氣閥配置全頂開負(fù)荷調(diào)制裝置，因此機(jī)組可實(shí)現(xiàn)50%、75%、100%等3種負(fù)荷狀態(tài)下操作。

2 壓縮機(jī)試車、正常開車的介質(zhì)及運(yùn)行模式的確定

2.1 原始設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)廠家與工藝包供應(yīng)商的原始設(shè)計(jì)中，除了正常生產(chǎn)用的“Process mode”及壓縮機(jī)調(diào)試用、維護(hù)用的“Maintenance mode”，還存在“Start Up mode”?！癝tart Up mode”即啟動(dòng)模式，用于系統(tǒng)熱啟動(dòng)，即于環(huán)境溫度啟動(dòng)，其控制邏輯及連鎖值與正常生產(chǎn)有所區(qū)別，目的在于以氮?dú)忾_車，在系統(tǒng)內(nèi)逐漸注入液相丙烯，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組旁路閥控制機(jī)組壓力、溫度平衡，待壓力、溫度達(dá)到機(jī)組設(shè)計(jì)工況后切換至“Process mode”。同時(shí)，啟動(dòng)前系統(tǒng)冷劑及輕組分循環(huán)氣都返回壓縮機(jī)入口，待切換至“Process mode”后，再分別將流程改壓縮機(jī)二級(jí)、三級(jí)。

2.2 原開車方案的不足

開工前，經(jīng)與壓縮機(jī)廠家與工藝包供應(yīng)商協(xié)商，認(rèn)為以氮?dú)庾鲉?dòng)介質(zhì)及以“Start Up mode”進(jìn)行熱啟動(dòng)不具備充足的理論指導(dǎo)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以該方法開車不可取，原因?yàn)椋?/p>

①氮?dú)庾鹘橘|(zhì)，壓縮后機(jī)組級(jí)間溫度超高，機(jī)組將連鎖停車；

②機(jī)組共有3組共6個(gè)壓力控制閥，每個(gè)閥門的開度變化會(huì)影響機(jī)組各段壓力、溫度，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制難度很大，也違背了自動(dòng)化控制的要求；

③啟動(dòng)時(shí)其最初介質(zhì)是氮?dú)?，然后逐漸注入液相丙烯。機(jī)組開車本身運(yùn)行就不穩(wěn)定，此時(shí)再加上介質(zhì)不穩(wěn)定帶來的沖擊，系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 壓縮機(jī)試車、正常開車的介質(zhì)及運(yùn)行模式的確定

（1）任何情況下都不采用“Start Up mode”，只用“Process mode”開車，但可用“Start Up mode”的理念進(jìn)行正式開車前的機(jī)組負(fù)荷試車。在反應(yīng)器建立組分前回收系統(tǒng)分餾塔C-5260分離器C-5204（示意圖中未畫出）已引入丙烯的狀態(tài)下，有必要進(jìn)行回收壓縮機(jī)的負(fù)荷試車，以確保機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好。以“Process mode”操作，以氮?dú)鈫?dòng)，冷劑返回壓縮機(jī)入口，逐漸從分離器向系統(tǒng)內(nèi)引入丙烯，操作過程中以機(jī)組自動(dòng)控制為主，輔以手動(dòng)調(diào)整，直至系統(tǒng)中出現(xiàn)丙烯液體冷凝。經(jīng)實(shí)際操作，該工況下機(jī)組可運(yùn)行1~2h，期間可完成機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)及系統(tǒng)高壓氣密檢漏等工作。需要注意：（a）由于系統(tǒng)內(nèi)仍然是不穩(wěn)定介質(zhì)，操作時(shí)需要控制系統(tǒng)溫度，防止系統(tǒng)過熱或過冷；（b）在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)是逐漸冷凝的過程，因此會(huì)有大量未冷凝丙烯排放至火炬；(c)因此時(shí)反應(yīng)器未建立組分，因此回收系統(tǒng)不能往反應(yīng)器輸送丙烯，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)一定量的冷凝丙烯后，需中斷試車，防止過多丙烯進(jìn)入分餾塔。

（2）經(jīng)試車確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好，在反應(yīng)器建立組分期間，當(dāng)反應(yīng)器丙烯含量大于65%時(shí)，以“Process mode”啟動(dòng)壓縮機(jī)。此時(shí)工藝介質(zhì)符合設(shè)計(jì)工況，介質(zhì)穩(wěn)定，反應(yīng)器系統(tǒng)及放空氣回收系統(tǒng)逐漸建立循環(huán)，回收氣壓縮機(jī)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，等待反應(yīng)器投催化劑開工。

3 壓縮機(jī)開車流程的確定

壓縮機(jī)開車流程的確定是指回收系統(tǒng)自制冷換熱器E-5231的冷劑及分餾塔C-5260塔頂輕組分循環(huán)氣流程的確定，其他流程與正常生產(chǎn)一致。

壓縮機(jī)有3種啟動(dòng)狀態(tài)：

①上述以負(fù)荷試車為目的開車，分餾塔和分離器引入液相丙烯，但反應(yīng)器未引入丙烯；

②原始開車或大修后回收系統(tǒng)內(nèi)只有分餾塔C-5260和分離器C-5204引入液相丙烯，其他設(shè)備內(nèi)沒有丙烯的狀態(tài)下開車，此時(shí)反應(yīng)器正在建立組分；

③短時(shí)間停工后回收系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備內(nèi)儲(chǔ)存有丙烯，此時(shí)反應(yīng)器正常生產(chǎn)或正在建立組分。

對(duì)于第①、②種狀態(tài)，因系統(tǒng)啟動(dòng)及平穩(wěn)運(yùn)行經(jīng)歷較長時(shí)間，為避免此時(shí)冷劑及塔頂循環(huán)氣對(duì)壓縮機(jī)級(jí)間壓力、溫度的影響，應(yīng)將冷劑及塔頂循環(huán)氣返回壓縮機(jī)入口，待第②種狀態(tài)中機(jī)組運(yùn)行至正常工況后，可將冷劑及塔頂循環(huán)氣分別切換至原設(shè)計(jì)流程，即壓縮機(jī)二級(jí)和三級(jí)入口；對(duì)于第③種狀態(tài)，系統(tǒng)介質(zhì)與正常生產(chǎn)一致，壓縮機(jī)啟動(dòng)后不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間短，啟動(dòng)前可直接將冷劑及塔頂循環(huán)氣分別切換至壓縮機(jī)二級(jí)和三級(jí)入口。

4 壓縮機(jī)壓力控制邏輯的優(yōu)化

4.1 壓力控制平穩(wěn)是機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵

機(jī)組控制系統(tǒng)復(fù)雜，在開車前需要進(jìn)行充分的邏輯測(cè)試，確保實(shí)際邏輯與設(shè)計(jì)相符；而開車后更需要嚴(yán)格監(jiān)控機(jī)組控制邏輯運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)后進(jìn)行優(yōu)化。在機(jī)組所有的控制邏輯中，壓力控制尤為關(guān)鍵。

機(jī)組入口壓力、級(jí)間壓力及出口壓力分別配置2個(gè)控制器，每個(gè)控制器控制1個(gè)壓力控制閥。6個(gè)控制閥的開度直接影響著機(jī)組各段壓力，同時(shí)因?yàn)榫S持壓力的氣路來源有冷流和熱流，所以控制閥的開度影響著機(jī)組各段溫度。因此，3組共6個(gè)控制器合理運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。此外，在壓縮機(jī)前緩沖罐設(shè)計(jì)有壓力控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)（詳見第5部分）。圖2為壓力控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 壓力控制系統(tǒng)示意圖

4.2 原控制邏輯的不足

開車后實(shí)踐檢驗(yàn)，原始設(shè)計(jì)存在不足。以入口壓力控制為例，壓力探頭PT2A，2個(gè)控制器分別為 PIC2A、PIC2B，對(duì)應(yīng)控制閥為 PV2A、PV2B，其中PV2A氣源是壓縮機(jī)前緩沖罐，PV2B氣源是壓縮機(jī)出口返回?zé)崃鳌Ｔ荚O(shè)計(jì)邏輯如下：PIC2A設(shè)定0.027MPa，PIC2B設(shè)定0.021MPa，且PIC2A輸出100%時(shí)才允許PIC2B動(dòng)作，即PV2A全開后才允許PV2B開。該設(shè)計(jì)意圖是：如果入口壓力偏低，則逐漸全開正常氣源閥門，如果壓力繼續(xù)偏低，再逐漸開大機(jī)組出口返回閥門補(bǔ)充壓力；同理，如果入口壓力偏高，則先逐漸全關(guān)機(jī)組出口返回閥門PV2B，截?cái)喑隹诜祷匮a(bǔ)充壓力后再逐漸關(guān)小正常氣源閥門。在儀表邏輯中利用控制器設(shè)定值的不同以及手自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)以上所述的“先后”，例如實(shí)際壓力偏低小于設(shè)定值0.027MPa時(shí)，如PIC2A輸出小于100%，則PIC2A在自動(dòng)位置，PIC2B在手動(dòng)全關(guān)位置；如PIC2A輸出增大至100%，則PIC2A切換至手動(dòng)位置，輸出固定在100%，PIC2B切換至自動(dòng)調(diào)節(jié)，壓力繼續(xù)偏低小于設(shè)定值0.021MPa，則PIC2B輸出持續(xù)增大。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)該邏輯存在以下2個(gè)弊端：①如果壓力變化較大，因?yàn)檫壿嬛萍s2個(gè)控制器不能同時(shí)自動(dòng)控制，而要實(shí)現(xiàn)“完全先后”，壓力的調(diào)節(jié)過慢，導(dǎo)致機(jī)組連鎖停車；②儀表邏輯實(shí)現(xiàn)“先后”控制存在“自鎖盲區(qū)”。當(dāng)因壓力持續(xù)偏低PIC2A輸出增大至100%切換至手動(dòng)時(shí)，PIC2B切換至自動(dòng)，如果此時(shí)實(shí)際壓力未低至PIC2B設(shè)定值，則PIC2B輸出未發(fā)生變化；如果此時(shí)實(shí)際壓力增大，高于PIC2A設(shè)定值，則會(huì)因PIC2B未曾發(fā)出“變化至0%”的瞬時(shí)信號(hào)，PIC2A沒有接收到切換至自動(dòng)控制的信號(hào)源，其輸出一直保持100%位置，如此便失去了邏輯控制作用，無法完成壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4.3 壓力控制邏輯的優(yōu)化及效果

基于以上現(xiàn)象，可認(rèn)為即便從邏輯上消滅“自鎖盲區(qū)”，仍然存在第①點(diǎn)弊端。為消除以上弊端，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)的要求，將儀表邏輯簡(jiǎn)單化，解除“完全先后”，保留“部分先后”，即2個(gè)控制器之間不相互牽制，完全根據(jù)各自設(shè)定值實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，只通過設(shè)定值的大小不同實(shí)現(xiàn)“部分先后”。進(jìn)行以上邏輯優(yōu)化后，機(jī)組壓力控制平穩(wěn)。

5 壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)方式的調(diào)整

機(jī)組可在50%、75%、100%這3種負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。道化學(xué)設(shè)計(jì)中，壓縮機(jī)前緩沖罐壓力實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)。緩沖罐壓力探頭PT-5236-4，控制器PIC-5236-4，控制著壓縮機(jī)出口壓力回流調(diào)節(jié)閥PV3B（PV3B為高選控制閥，同時(shí)受出口壓力控制器PIC3B控制）。當(dāng)PT-5236-4偏高，PIC-5236-4給PV3B的輸出小于2%保持2min，則發(fā)出升負(fù)荷信號(hào)；反之，當(dāng)PT-5236-4偏低，PIC-5236-4給PV3B的輸出大于30%保持2min，則發(fā)出降負(fù)荷信號(hào)，即以PIC-5236-4的輸出來發(fā)出升降負(fù)荷信號(hào)，其中PT-5236-4采用的是前6min平均值，DCS廠商能做到的最短計(jì)算周期為1min。

設(shè)計(jì)理念正確，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下不足：當(dāng)緩沖罐壓力低，PIC-5236-4控制PV3B的持續(xù)開大，但輸出未到達(dá)30%壓力便穩(wěn)定住，PV3B是壓縮機(jī)出口壓力調(diào)節(jié)閥，長時(shí)間保持回流開度不僅降低了壓縮機(jī)效率，增加了能耗，而且由于回流太多，造成后系統(tǒng)的不穩(wěn)定。實(shí)踐中曾嘗試減小降負(fù)荷信號(hào)設(shè)定值，未能找到最佳設(shè)定點(diǎn)，分析認(rèn)為可能是計(jì)算周期過長的原因。根據(jù)以上不足，在未找到縮短計(jì)算周期的方法之前，將負(fù)荷調(diào)節(jié)方式改回手動(dòng)，內(nèi)操根據(jù)緩沖罐壓力變化情況手動(dòng)升降負(fù)荷。經(jīng)開工至今的實(shí)際檢驗(yàn)，手動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn)。

6 總結(jié)

①回收氣壓縮機(jī)是氣相法聚丙烯放空氣回收系統(tǒng)的核心，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)將起到降低能耗及保護(hù)環(huán)境的作用；

②深入分析設(shè)計(jì)原理，根據(jù)實(shí)際工況，對(duì)機(jī)組開車介質(zhì)、模式、流程進(jìn)行了確定，對(duì)機(jī)組壓力控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整方式進(jìn)行調(diào)整，保證了機(jī)組的順利開車及平穩(wěn)運(yùn)行。