輕重組分對丙烯制冷壓縮機操作的影響

耿令昌 李文義 王培歌 黃 威

（中國石化武漢乙烯，武漢 430082）

輕重組分對丙烯制冷壓縮機操作的影響

耿令昌 李文義 王培歌 黃 威

（中國石化武漢乙烯，武漢 430082）

介紹了乙烯生產(chǎn)裝置中丙烯制冷壓縮機的作用、流程及主要操作參數(shù)。敘述了輕重組分污染對制冷壓縮機的影響及其解決方法：如被輕組分污染，應(yīng)先進行出口排火炬處理；如被重組分污染，應(yīng)通過丙烯側(cè)放凈至CBD和啟動泵打出界區(qū)；開車過程如果混有少量輕、重組分，則可以通過逐漸置換的方法加以解決。介紹了系統(tǒng)在正常和異常情況下補丙烯的操作方法，由于內(nèi)漏等缺失的丙烯可以對照丙烯收集罐的液位來進行補充。

丙烯制冷壓縮機；組分污染；危害；安全運行

丙烯制冷壓縮機在乙烯生產(chǎn)裝置中起到至關(guān)重要的“心臟”作用，與乙烯機形成復(fù)迭制冷，為深冷分離提供必不可少的冷劑。如果制冷壓縮機由于各種原因而不能正常工作，那么整個乙烯裝置5 min內(nèi)就將大范圍停車而無法正常生產(chǎn)，造成巨大損失。

某乙烯裂解裝置屬于前脫丙烷前加氫工藝，丙烯制冷壓縮機是利用超高壓蒸汽透平驅(qū)動的4段離心式壓縮機，是一個密閉循環(huán)的制冷系統(tǒng)。用液態(tài)丙烯在不同壓力下節(jié)流汽化來為深冷工藝用戶提供-40℃、-21℃、-1℃和25℃共4個溫度等級的丙烯冷劑。各個級別汽化的丙烯氣體返回制冷壓縮機被壓縮到1.667 MPa，用冷卻水冷凝后進入丙烯冷劑收集罐D(zhuǎn)-500循環(huán)使用。

1 流程及操作參數(shù)

丙烯制冷壓縮機（丙烯摩爾分數(shù)為99.64%）系統(tǒng)工藝流程見圖1。無論制冷壓縮機負荷的大小變化還是對段間罐液位的控制，甚至是控制系統(tǒng)壓力，都要保證冷劑溫度的平穩(wěn)。

丙烯氣由一、二、三、四段吸入罐罐頂吸入至丙烯制冷壓縮機，經(jīng)過壓縮的丙烯由冷凝器E-501A~D進行冷凝后進入丙烯冷劑收集罐D(zhuǎn)-500，丙烯冷劑收集罐D(zhuǎn)-500為換熱器①提供40℃的加熱介質(zhì)和25℃的丙烯冷劑后，進入四段吸入罐D(zhuǎn)-504。D-504罐底丙烯冷劑為換熱器③提供-1℃的丙烯冷劑，換熱器②提供-22℃的丙烯冷劑，換熱器①提供-40℃的丙烯冷劑。

圖1 丙烯制冷壓縮機系統(tǒng)工藝流程Fig 1 Process flow of propylene refrigeration compressor system

①包括E-308碳三洗滌塔進料冷卻器、E-603乙烯機出口冷凝器，②包括E-442高壓乙烯汽化器、E-402脫乙烷塔頂冷凝器、E-214高壓脫丙烷塔回流冷凝器、E-602乙烯機出口2#脫過熱器，③包括E-304甲烷化出口冷凝器、E-212低壓脫丙烷塔頂冷凝器、E-210堿洗塔頂冷卻器、E-601乙烯機出口1#脫過熱器、E-215高壓脫丙烷塔回流冷卻器、E-221高壓脫丙烷塔進料冷卻器、E-430丙烯塔頂冷凝器，④包括E-322預(yù)脫甲烷塔再沸器、E-209堿洗塔頂冷凝器，⑤為E-501A~D丙烯冷凝器。操作主要參數(shù)和各換熱器用戶參數(shù)分別見表1和表2。

表1 丙烯制冷壓縮機基本參數(shù)Tab 1 Basic parameter of propylene refrigeration

表2 丙烯制冷壓縮機用戶參數(shù)Tab 2 User parameter of propylene refrigeration compressor

2 輕重組分污染的影響

2.1 輕組分

所說的輕組分主要是指換熱器發(fā)生內(nèi)漏，分離系統(tǒng)中的CH4、C2H6、C2H4等漏入了密閉循環(huán)的丙烯冷劑中。由表2可知，可能發(fā)生內(nèi)漏的換熱器有E-322、E-209、E-304、E-210、E-601、E-215、E-221、E-442、E-402、E-214、E-602、E-308、E-603。對輕組分污染可以通過以下幾個方面進行判斷：

1）檢測制冷壓縮機四段排出壓力和溫度是否上升。離心式壓縮機結(jié)構(gòu)特點及丙烯壓縮過程會使輕組分（不凝氣）矢量地集中到壓縮機排出端和丙烯收集罐中，加之冷卻水不能使 CH4、C2H4、C2H6等冷凝，因此制冷壓縮機四段排出壓力和溫度會上升。

2）流量是否波動。組分的變化會導(dǎo)致流量發(fā)生變化。

3）通過采樣化驗分析，判斷是否發(fā)生輕組分污染情況，并找出具體泄漏換熱器的位置。

如果發(fā)現(xiàn)制冷壓縮機四段排出壓力和溫度迅速上升偏離1 667 kPa和74℃、出口冷卻水溫度和水量正常、一段吸入溫度正常，儀表校驗無誤的情況下，那么即可判斷系統(tǒng)中漏入了輕組分，為了保持制冷壓縮機不發(fā)生超溫超壓聯(lián)鎖跳車，最有效及時的辦法是迅速打開收集罐放火炬閥門，或排放至裂解氣壓縮機段間罐D(zhuǎn)-204，以維持制冷壓縮機的運行，穩(wěn)定壓力和溫度。

此時要精心調(diào)整和操作制冷壓縮機，為了防止制冷壓縮機吸入流量的減少引起的喘振，需適當調(diào)整最小流量返回線，同時適當調(diào)整制冷壓縮機轉(zhuǎn)速以及負荷。維持制冷壓縮機運行的同時，要對整個系統(tǒng)可能發(fā)生內(nèi)漏輕組分的換熱器進行檢查，盡快查出漏點；如果泄漏不是很嚴重，可以通過調(diào)整放火炬來控制，不必進行停車處理，待維持到裝置停車檢修時一并修復(fù)；操作過程中有必要時應(yīng)從界區(qū)補充缺失的丙烯進入收集罐，調(diào)整轉(zhuǎn)速、負荷以及最小流量返回線，保持制冷壓縮機的正常運行。

如果泄漏量較大并且無法得到很好的控制的時候，就必須進行局部停車進行堵漏或者更換處理。

2.2 重組分

重組分污染是指在系統(tǒng)運行過程中換熱器發(fā)生內(nèi)漏（制冷壓縮機采用干氣密封，故排除油密封泄漏重組分污染的可能）。由表2可知，可能發(fā)生內(nèi)漏的換熱器有E-212、E-209、E-210等；高壓側(cè)的碳3及以上重組分漏入制冷壓縮機，從而引起制冷壓縮機溫度、壓力、流量等發(fā)生波動，同時表現(xiàn)為不能正常提供-40℃的丙烯冷媒；一般壓力維持在36 kPa，而溫度高于設(shè)定溫度。

重組分進入壓縮機的2種表現(xiàn)：一是由于吸入介質(zhì)密度增大，而壓縮機功率一定，排出壓力降低，功耗增大，機組運行效率下降；二是如果壓縮機功率有較大提升空間，那么吸入介質(zhì)密度越大，排出壓力越高載荷增大。

如果壓縮機輕微帶液，液體在壓縮過程中汽化，體積膨脹，振動上升，位移增大，造成聯(lián)鎖停車危險，對壓縮機操作不利。

正常情況下，一段吸入罐是無液位操作，這就要求其壓力要嚴格控制在36 kPa左右，如果有重組分污染，會主要集中在-40℃用戶釜式換熱器中，過多則進入一段吸入罐中。而一段吸入罐積液過多會導(dǎo)致溫度和壓力平衡破壞。

處理方法是對換熱器丙烯側(cè)進行液體排放（CBD）放凈處理，而一段吸入罐中的液可以啟動泵打出界區(qū)，或CBD排放。如果泄漏量大將連續(xù)進行排放，沒必要停車時盡量維持制冷壓縮機運轉(zhuǎn)，及時從灌區(qū)引入缺失的丙烯，找出泄漏點，待裝置檢修時一并修復(fù)處理。

2.3 開車過程

開車初期，如果制冷壓縮機系統(tǒng)不可避免地帶入了輕組分，可以在開車過程中逐漸從收集罐頂部進行放火炬排放，或通過丙烯冷凝器E-501A/B/C/D排氣閥進行排放。此時制冷壓縮機處于空負荷運轉(zhuǎn)，不為用戶提供嚴格溫度等級的丙烯冷媒；隨著制冷壓縮機的正常運行，輕組分的不斷排放，丙烯冷媒也隨之慢慢被提純，進一步滿足純度要求。

如果開車過程中制冷壓縮機帶入了重組分，隨著制冷壓縮機的運行，重組分集中到一段吸入用戶和一段吸入罐中。如果丙烯不夠，表現(xiàn)為收集罐液位低于50%以下，此時應(yīng)從界區(qū)引入液相丙烯補充，維持好制冷壓縮機的正常運行。待乙烯裝置生產(chǎn)出摩爾分數(shù)99.64%的聚合級丙烯時，切換自產(chǎn)的高純度丙烯補充。

3 系統(tǒng)補丙烯操作

3.1 正常情況

制冷壓縮機制冷系統(tǒng)是一個密閉循環(huán)的制冷過程，內(nèi)漏等情況會使丙烯不可避免地丟失減少。由表2可知，主要損失點為E-501A/B/C/D。制冷壓縮機4段出口配備了4臺大負荷丙烯冷凝器E-501A/B/C/D，用冷卻水使丙烯冷凝。冷卻水壓力為0.45 MPa，溫度為33℃。而制冷壓縮機四段出口壓力為1.667 MPa，如果換熱器發(fā)生內(nèi)漏，那么丙烯必然會漏入循環(huán)冷卻水中去，從而造成丙烯的損失。判斷方法是打開冷卻水排氣閥門，檢測是否有氣體，并分析是否為丙烯氣。

另外，在制冷壓縮機系統(tǒng)排放輕、重組分時，都會不可避免地帶走一定量的丙烯冷劑，久而久之，造成丙烯冷媒損失。

依據(jù)經(jīng)驗，每1～2個月將從界區(qū)對制冷壓縮機進行補丙烯操作，主要依據(jù)為制冷壓縮機出口收集罐液位是否正常（此時段間罐液位正常）。保證收集罐液位達到50%以維持正常生產(chǎn)。

3.2 異常情況

如果E-501A/B/C/D內(nèi)漏嚴重，那么丙烯的損失將迅速上升；補丙烯頻率變快，如果2～3天補充1次，有可能是E-501A/B/C/D內(nèi)漏嚴重所致。另外，此時要仔細檢查有可能發(fā)生內(nèi)漏而損失丙烯的換熱器用戶。如有可能做局部停車進行補漏處理，盡量使制冷壓縮機不停車。

4 結(jié)論

在丙烯制冷壓縮機的操作中，無論是正常運行期間還是開工初期，如果密閉循環(huán)的丙烯制冷劑受到輕重組分的污染，都將對壓縮機造成較大影響。應(yīng)根據(jù)具體現(xiàn)象進行分析和判斷，采取相應(yīng)措施加以調(diào)整處理，從而為丙烯制冷壓縮機正常運行和開工操作提供安全有效保障。

1）如果丙烯制冷壓縮機被輕組分污染，則會使出口壓力和溫度上升，嚴重時發(fā)生機組聯(lián)鎖停車，處理措施為先進行出口排火炬處理，維持制冷壓縮機正常生產(chǎn)。

2）如果丙烯制冷壓縮機被重組分污染，主要集中在-40℃用戶釜式換熱器及一段吸入罐中；通過丙烯側(cè)放凈至CBD和啟動泵打出界區(qū)。經(jīng)分析，重組分污染的幾率較小。

3）開車過程中如果混有少量輕、重組分，則可以通過逐漸置換的方法加以解決，從而提純丙烯冷媒。

4）由于內(nèi)漏等缺失的丙烯可以對照丙烯收集罐的液位來進行補充，維持正常生產(chǎn)。

The Influence of Components Pollution on Propylene Refrigeration Compressor Operation

Geng Lingchang,Li Wenyi,Wang Peige,Huang Wei
（Wuhan Branch Company.Sinopec,Wuhan 430082）

Introduced the function,process and main operation parameters of propylene refrigeration compressor in ethylene production equipment,described the effect and solution of the light and heavy components pollution on refrigeration compressor：export row torch processing should be proceeded first if polluted by light components,the propylene should be released completely by side to CBD and play out area by priming pump if polluted by heavy components;The little light and heavy components mixed during the process could be solved through the methods of gradually replacement.Introduced the operation method of propylene replenish to system in normal and abnormal case,the propylene lacked due to the inner leakage could be supplied by contrasting propylene collection tank liquid level.

propylene refrigeration compressor;components pollution;damage;safety operation

TQ025.3

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.03.016

2012-03-20