乙烯蒸發(fā)器凝液系統(tǒng)的改善

李紅花，朱志勇，李 闖

（天津樂(lè)金渤?；瘜W(xué)有限公司天津300452）

天津樂(lè)金渤?；瘜W(xué)公司的氯乙烯裝置采用平衡氧氯化技術(shù)，主要有氧氯化、直接氯化、二氯乙烷精制、二氯乙烷裂解和氯乙烯精制等核心生產(chǎn)工序。主要原料為氧氣、氯氣和乙烯。其中，氯氣來(lái)自本公司的燒堿裝置，氧氣由外部的氣體工廠提供，乙烯則從國(guó)外進(jìn)口。

1 乙烯罐區(qū)系統(tǒng)介紹

低溫液體乙烯先由運(yùn)輸船定期運(yùn)至碼頭，通過(guò)船上的泵經(jīng)卸船臂、長(zhǎng)輸管道（2 km）送至廠區(qū)內(nèi)的低溫乙烯貯罐（雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐容積為20 000 m3），貯存在低溫貯罐中的液體乙烯經(jīng)輸送泵送至乙烯蒸發(fā)器，在此液體乙烯被加熱變成氣相，氣相乙烯最終輸送到氯乙烯裝置，供氧氯化和直接氯化等工序使用。

乙烯罐區(qū)系統(tǒng)的設(shè)備吸收外部熱量，使得乙烯儲(chǔ)罐中的液體乙烯溫度上升并有氣相蒸出，從而使罐壓升高。為保持貯罐處于低溫運(yùn)行且不超壓，需要用BOG（即Boil out gas）處理系統(tǒng)和冷凍壓縮機(jī)系統(tǒng)來(lái)移走熱量。從貯罐出來(lái)的氣相經(jīng)入口罐送到BOG壓縮機(jī)系統(tǒng)壓縮，升壓后的氣相乙烯再經(jīng)水冷器、深冷器被冷凝成液相送至乙烯受液罐，受液罐中的液相乙烯再被送回低溫乙烯貯罐，從而確保其保持低溫。在乙烯用戶運(yùn)行時(shí)，經(jīng)BOG壓縮機(jī)升壓的氣相乙烯也可直接送至用戶，以節(jié)約乙烯蒸發(fā)所需的熱量。深冷器的制冷劑為由丙烯冷凍機(jī)組提供的丙烯。

在沒(méi)有卸船作業(yè)時(shí)，為防止長(zhǎng)輸管線中的液體乙烯吸收外部熱量而使管線壓力升高，需要用冷凍泵將貯罐中少量的液體乙烯送至長(zhǎng)輸管線的遠(yuǎn)端，再經(jīng)長(zhǎng)輸管線回到罐中，利用此循環(huán)完成對(duì)長(zhǎng)輸管線的冷卻。生產(chǎn)異常時(shí)，乙烯系統(tǒng)的放空氣及丁烷蒸發(fā)器的放空丁烷都送至地面火炬燃燒處理。乙烯罐區(qū)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

2 乙烯蒸發(fā)器系統(tǒng)的存在問(wèn)題

乙烯罐區(qū)的乙烯蒸發(fā)器共2臺(tái)，同時(shí)運(yùn)行，單臺(tái)乙烯蒸發(fā)能力為13.5 t/h。該蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于普通氣化器，采用的是乙烯蒸發(fā)管束和丁烷蒸發(fā)管束置于同一殼體內(nèi)的聯(lián)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。丁烷蒸發(fā)管束位于殼體的下部，乙烯蒸發(fā)管束位于殼體的上部，殼體內(nèi)充裝一定量的丁烷液體，運(yùn)行時(shí)丁烷的液位要高于丁烷蒸發(fā)管束。其工作原理為，丁烷蒸發(fā)器管程內(nèi)通入0.4 MPa的低壓蒸汽，使殼程內(nèi)的丁烷液體被加熱氣化，丁烷蒸氣上升，與上部的乙烯蒸發(fā)管束接觸，利用丁烷再次液化的潛熱將管束中的液體乙烯氣化。采用這種間接加熱蒸發(fā)乙烯的設(shè)計(jì)，避免了蒸汽直接加熱液體乙烯溫差大、對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高的問(wèn)題。外送乙烯氣體的蒸發(fā)量可以通過(guò)設(shè)定丁烷殼程的壓力來(lái)控制蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。即在不同壓力下，丁烷的氣化量不同，再次液化時(shí)的潛熱也不同，從而達(dá)到調(diào)節(jié)乙烯氣體的蒸發(fā)量的目的。乙烯蒸發(fā)器設(shè)備示意圖見(jiàn)圖2。

該公司氯乙烯裝置于2007年4月開(kāi)車后，發(fā)現(xiàn)乙烯蒸發(fā)器的蒸汽凝液無(wú)法正常返回至凝液系統(tǒng)，為了保障氣相乙烯的正常供給，凝液只好現(xiàn)場(chǎng)排至廠內(nèi)雨排系統(tǒng)，導(dǎo)致蒸汽和凝液系統(tǒng)的不平衡，需要額外加大脫鹽水的補(bǔ)加量。相應(yīng)地，鍋爐水系統(tǒng)的處理藥劑消耗也高于設(shè)計(jì)量，并且凝液的熱量也沒(méi)能得到回收，造成了巨大的浪費(fèi)。

造成以上問(wèn)題的原因?yàn)樵撎幍恼羝幱谡羝芫W(wǎng)的末端，本身的壓力較低，形成凝液后的壓力低于低壓蒸汽凝液管網(wǎng)的壓力，再加之該凝液返回凝液管網(wǎng)的管線較長(zhǎng)，使得凝液無(wú)法正常返回。

3 改善方案

3.1 初步改善方案

將原來(lái)疏水器更換成包括貯水緩沖罐、凝液疏水泵的回收系統(tǒng)，并從臨近的蒸汽管網(wǎng)引出0.7 MPa的中壓蒸汽作為凝液疏水泵的動(dòng)力蒸汽。凝液疏水泵的工作原理分為如下幾步。

（1）充水。在充水過(guò)程中，蒸汽進(jìn)口閥和泵出口止回閥關(guān)閉，泵排汽閥和泵進(jìn)口止回閥開(kāi)啟。凝液疏水泵的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于低位，泵內(nèi)無(wú)壓。

（2）開(kāi)始?jí)核?。浮球隨著凝液的流入而上升至排水點(diǎn)，凝液疏水泵的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作到高位，泵內(nèi)帶壓，閥門全部處于第一步的相反位置。

（3）結(jié)束壓差。隨著凝液的排出，浮球下降，直至凝液疏水泵的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作到低位，泵內(nèi)壓力釋放，保留水封。

（4）重新充水。蒸汽或空氣進(jìn)口及泵出口止回閥重新關(guān)閉，排氣閥和進(jìn)口止回閥開(kāi)啟，重新進(jìn)入充水狀態(tài)，重復(fù)動(dòng)作過(guò)程。

在泵前增加了貯水緩沖罐和溢流管線，以確保蒸發(fā)器的排凝是連續(xù)的，并且在疏水泵出現(xiàn)故障不能及時(shí)輸送凝液時(shí)，可以通過(guò)溢流確保乙烯蒸發(fā)過(guò)程不受干擾。凝液疏水泵系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3。

按設(shè)計(jì)100%負(fù)荷時(shí)，2臺(tái)蒸發(fā)器的蒸汽用量為9.0 t/h，故安裝了2套額定輸送能力為5 t/h的凝液疏水泵。經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，證實(shí)本次改造基本實(shí)現(xiàn)了回收凝液并保障乙烯蒸發(fā)系統(tǒng)安全運(yùn)行的目標(biāo)。

2008年8月，氯乙烯裝置進(jìn)行了生產(chǎn)能力的提升改造。改造后的生產(chǎn)能力約為原設(shè)計(jì)的115%。由于原料氣相乙烯的需求量增加，乙烯蒸發(fā)器系統(tǒng)蒸汽用量加大，凝液輸送量也隨之增加。原來(lái)增加的凝液疏水泵表現(xiàn)出能力不足，尤其是進(jìn)入冬季后，溢流量更大。造成以上現(xiàn)象的原因如下。

（1）乙烯蒸發(fā)器的負(fù)荷隨擴(kuò)能而升高，2臺(tái)蒸發(fā)器的蒸汽用量約為10.5 t/h，已經(jīng)超過(guò)了蒸汽凝液泵的額定輸送量；

（2）凝液疏水泵系統(tǒng)的保溫不好，在冬季時(shí)，動(dòng)力蒸汽進(jìn)入泵體后，大部分蒸汽冷凝，使得動(dòng)力蒸汽的做功效率下降，表現(xiàn)為冬季時(shí)溢流量比較大；

（3）由于動(dòng)力蒸汽凝水嚴(yán)重，使得對(duì)泵體的內(nèi)件有一定的氣蝕沖擊，加之中壓蒸汽本身壓力又略高于凝液疏水泵的工作壓力，從而加劇了這種沖擊，造成了凝液泵中部分內(nèi)件因氣蝕有一定程度的損壞，密封變差，影響了泵的工作效率。

3.2 方案的完善

（1）增加1根動(dòng)力氮?dú)饩€，正常采用氮?dú)庾鳛檩斔蛣?dòng)力。由于氮?dú)鉃椴荒龤怏w，大大提高了做功效率；蒸汽動(dòng)力線作為故障時(shí)備用線。

（2）更換損壞的內(nèi)件，并在動(dòng)力線上增加減壓閥，將動(dòng)力氣的入泵壓力調(diào)至泵的工作壓力，減少其對(duì)內(nèi)件的沖擊，確保內(nèi)件的密封性，保證泵的工作效率。

（3）泵的工作過(guò)程具有周期性，在一個(gè)工作周期內(nèi)完成充水、加壓輸送、排氣、再充水等步驟，內(nèi)輸送的水量即為泵的容量，這個(gè)容量是固定的，無(wú)法改造。通過(guò)增加接管并將泵入口罐的溢流管線提高的方法，提高了泵入口的壓頭，縮短了泵完成充水步驟的時(shí)間，間接提高了泵的輸送能力。

（4）改善保溫條件，保障在使用蒸汽動(dòng)力時(shí)的做功效率，在回收水的同時(shí)，更多地回收熱量。改進(jìn)后的凝液疏水泵系統(tǒng)圖見(jiàn)圖4。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)改善回收蒸汽凝液約為10.5 t/h，即在蒸汽凝液系統(tǒng)中，可以減少脫鹽水的補(bǔ)加量為10.5 t/h。該公司自處理脫鹽水的成本約為12.6元/t（含折舊），故僅水費(fèi)節(jié)約金額為132.3元/h，按年操作時(shí)間8 000 h計(jì)，年節(jié)約費(fèi)用為105.8萬(wàn)元。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，凝液的溫度為80℃左右。改造前，額外補(bǔ)加的10.5 t/h脫鹽水溫度約為20℃左右，在進(jìn)入除氧器時(shí)需要用蒸汽進(jìn)行加熱。即熱量回收方面，節(jié)約了用于加熱補(bǔ)加脫鹽水的蒸汽用量。80℃水和20℃水的焓差約為251 kJ/kg，即回收的熱量約為2 635.5 MJ/h，經(jīng)計(jì)算該熱量折算成蒸汽約為1 250 kg/h。該公司的蒸汽主要依靠鍋爐燃燒燒堿裝置的副產(chǎn)氫氣，需求差量靠燃燒天然氣得到。按照燃燒天然氣產(chǎn)生蒸汽來(lái)計(jì)算蒸汽成本，蒸汽的成本約為190元/t，故熱量方面的節(jié)約金額為237.5元/h，按年操作時(shí)間為8000h計(jì)，年節(jié)約費(fèi)用為190萬(wàn)元。

動(dòng)力由蒸汽改為氮?dú)?，以及鍋爐水系統(tǒng)處理藥劑量的減少也節(jié)約一定的費(fèi)用，金額較小，可忽略不計(jì)。綜上，年總節(jié)約費(fèi)用為295.8萬(wàn)元。