甲醇制烯烴裝置主風(fēng)機(jī)典型問題分析

孫保全，楊 洋

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

甲醇制烯烴裝置主風(fēng)機(jī)典型問題分析

孫保全，楊 洋

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

以某煤制烯烴項(xiàng)目裝置甲醇制烯烴（MTO）裝置為背景，研究和優(yōu)化了該裝置關(guān)鍵設(shè)備主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制方案。針對主風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的典型問題，全面系統(tǒng)地對主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究和設(shè)計(jì)了主風(fēng)機(jī)防喘振控制方案，實(shí)現(xiàn)了主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化控制，滿足甲醇制烯烴裝置生產(chǎn)要求，同時(shí)減少了裝置事故頻率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能運(yùn)行。

甲醇制烯烴；主風(fēng)機(jī)；控制系統(tǒng)；防喘振控制

1 甲醇制烯烴裝置主風(fēng)機(jī)主要問題分析

1.1 不同工況主風(fēng)機(jī)的防喘振操作問題

根據(jù)甲醇制烯烴裝置工藝特點(diǎn)，在裝置低負(fù)荷、正常負(fù)荷和開工升溫烘襯階段對主風(fēng)需求量不同，分別為約22 800 m3/ h、32 400 m3/h和36 000 m3/h，風(fēng)量差異達(dá)到30%以上，在這三種工況下如果采用一種防喘振控制方案，將造成極大浪費(fèi)。

1.2 潤滑油泵壓力低導(dǎo)致機(jī)組故障停車

1.2.1 故障經(jīng)過

2013年5月8日13：14主風(fēng)機(jī)A機(jī)因潤滑油主泵自停，在備泵自啟前，主風(fēng)機(jī)潤滑油壓力低低觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)，13：54切斷進(jìn)料，14：00反應(yīng)溫度降低至344℃。13：22啟動主風(fēng)機(jī)B機(jī)，13：34向再生器并主風(fēng)。14：12進(jìn)料恢復(fù)至165t/h。19：18恢復(fù)至200t/h，LORP20：00，乙烯丙烯產(chǎn)品合格采出。

1.2.2 應(yīng)對措施

（1）13：14確認(rèn)主風(fēng)機(jī)A停機(jī)，主風(fēng)聯(lián)鎖處于自保聯(lián)鎖狀態(tài)，按主風(fēng)機(jī)停機(jī)進(jìn)行緊急處理。

（2）13：34啟動備用主風(fēng)機(jī)，引主風(fēng)進(jìn)再生器。

（3）13：54由于反應(yīng)溫度低，裝置切除進(jìn)料，裝置緊急停工。（4）14：00反應(yīng)溫度降低至344℃，重新投料后逐漸恢復(fù)。（5）14：12進(jìn)料恢復(fù)至165t/h，調(diào)整兩器燒焦。（6）19：18恢復(fù)至200t/h，逐漸恢復(fù)生產(chǎn)。

1.2.3 損失及影響

該事件導(dǎo)致產(chǎn)量減少聚烯烴產(chǎn)量損失475.27t，催化劑異常跑損約5t。

1.2.4 原因分析

主風(fēng)機(jī)停機(jī)的直接原因是主風(fēng)機(jī)A潤滑油主泵故障停泵，在備泵自啟前，主風(fēng)機(jī)潤滑油壓力低低觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)。

1.3 電機(jī)軸承溫度假信號停車

1.3.1 事故經(jīng)過

2013年12月3日8：01：57 MTO裝置主風(fēng)機(jī)A機(jī)故障停機(jī)報(bào)警，導(dǎo)致主風(fēng)聯(lián)鎖，主風(fēng)量FIC1121A急劇下降，再生壓力PIC1110迅速下降。8：07主風(fēng)機(jī)B機(jī)開始向再生器并風(fēng)，8：40反應(yīng)溫度恢復(fù)478℃。9：00各操作參數(shù)恢復(fù)至正常值，催化劑恢復(fù)活性，產(chǎn)品氣中二甲醚含量0.05%。

1.3.2 主風(fēng)機(jī)停機(jī)事故處理經(jīng)過

（1）8：02 反應(yīng)主操發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)停機(jī)，立即檢查B機(jī)情況，準(zhǔn)備啟用主風(fēng)機(jī)B機(jī)。再生器主風(fēng)中斷后，主操關(guān)小雙動滑閥閥位，關(guān)閉再生、待生滑閥，中斷兩器循環(huán)，同時(shí)投用再生器外補(bǔ)氮?dú)釬IC1123約300 m3/h。

（2）8：03反應(yīng)主操切除再生器外取熱器，緊急降低霧化甲醇量FV1405A直至關(guān)死，摘除進(jìn)料聯(lián)鎖和兩器差壓聯(lián)鎖。

（3）8：04急冷主操降低濃縮水至反應(yīng)進(jìn)料回?zé)挼牧髁?，同時(shí)調(diào)整三塔液位。

（4）8：05 主風(fēng)機(jī)B機(jī)啟機(jī)，主操全關(guān)主風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)閥FIC1121A，然后將主風(fēng)聯(lián)鎖復(fù)位，投用工廠風(fēng)外補(bǔ)PIC1304，投用量2 000 m3/h，逐漸全開FIC1121A進(jìn)再生器，維持再生器微流化。

（5）8：07 現(xiàn)場關(guān)閉主風(fēng)機(jī)A機(jī)出口電動蝶閥，打開主風(fēng)機(jī)B機(jī)出口電動蝶閥，現(xiàn)場緩緩關(guān)閉主風(fēng)機(jī)B機(jī)防喘振副線閥，將主風(fēng)機(jī)B機(jī)開始向再生器并風(fēng)。

（6）8：12 再生器主風(fēng)量22 700 m3/h，全關(guān)外補(bǔ)工廠風(fēng)，再生溫度TI1134A由最低點(diǎn)610℃開始上漲，逐漸打開再生、待生滑閥，兩器重新建立催化劑循環(huán)。逐漸提高再生器線速至16m/s以上。

（7）8：15反應(yīng)溫度TIC1101由最低點(diǎn)450℃開始上漲。8：30反應(yīng)溫度恢復(fù)正常。

1.3.3 損失及影響

本次事件由于及時(shí)啟用備機(jī)，避免了裝置切斷進(jìn)料，但由于再生器波動，造成催化劑異常跑損約2t。

1.3.4 原因分析

經(jīng)查主風(fēng)機(jī)B機(jī)停機(jī)原因，判斷是因?yàn)殡姍C(jī)軸承溫度TI1380A儀表假信號。查看趨勢，此信號在2013月12月2日5：13到5：14出現(xiàn)波動，最高66.5℃；12月3日1：19到1：20波動，最高59.3℃；12月3日8：00到8：02出現(xiàn)較大波動，最高81℃（報(bào)警75℃，聯(lián)鎖80℃，直接聯(lián)鎖，未發(fā)生報(bào)警），主電機(jī)軸承溫度高高聯(lián)鎖造成了機(jī)組停機(jī)。后經(jīng)檢定，該軸承溫度熱電阻性能下降，指示錯(cuò)誤，更換了該支熱電阻。

2 甲醇制烯烴裝置主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

2.1 主風(fēng)機(jī)防喘振優(yōu)化研究

由于主風(fēng)機(jī)是MTO工藝過程中是最重要的沒備，是保證反應(yīng)再生系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。一旦停機(jī)或損壞，整個(gè)工藝裝置都要停產(chǎn)。喘振是由于氣體的可壓縮性而造成的主風(fēng)機(jī)的固有特性在主風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程中，當(dāng)吸入量減少到一定值時(shí)，壓縮比下降，輸出管線中氣體壓力高于主風(fēng)機(jī)出口壓力，被壓縮了的氣體很快倒流入主風(fēng)機(jī)，氣流在壓縮機(jī)葉片進(jìn)口處與葉片發(fā)生沖擊，使葉片一側(cè)氣流邊界層嚴(yán)重分離，出現(xiàn)漩禍區(qū)，從而形成旋轉(zhuǎn)脫離或旋轉(zhuǎn)失速，產(chǎn)生喘振，當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)壓縮機(jī)會發(fā)出劇烈的吼叫聲，并伴隨低頻高幅度周期性振動，給機(jī)組造成嚴(yán)重破壞。喘振是主風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況在小流量、高壓比區(qū)域中所產(chǎn)生的一種不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)主風(fēng)機(jī)喘振時(shí)，將出現(xiàn)氣流周期性振蕩現(xiàn)象喘振帶給主風(fēng)機(jī)嚴(yán)重的破壞，會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，只要保證主風(fēng)機(jī)的工作流量大于最小流量就不會發(fā)生喘振，所以，在系統(tǒng)需要風(fēng)量較少時(shí)采用部分放空的方法，既可適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)的要求，又能滿足流量大于最小極限值（即喘振點(diǎn)流量極）的需要，而當(dāng)系統(tǒng)需要風(fēng)量較大時(shí)，切換到另外一種防喘振控制方案，將喘振線向左移動，增大防喘振空間，減少防喘振閥開度或使其不開，降低能量損失。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)工藝系統(tǒng)在不同的工況最主風(fēng)量要求差異較大的特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了三種不同的防喘振控制曲線，操作中使用操作畫面的手操按鈕實(shí)現(xiàn)三種工況的切換，通過三種工況采用不同的防喘振控制曲線應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在不同工況的節(jié)能運(yùn)行。

2.2 甲醇制烯烴裝置主風(fēng)聯(lián)鎖控制邏輯優(yōu)化

2.2.1 甲醇制烯裝置聯(lián)鎖控制邏輯優(yōu)化

甲醇制烯烴裝置的主風(fēng)機(jī)作用雖然與催化裂化裝置類似，但又有不同之處，這是由甲醇制烯烴裝置放熱反應(yīng)的特點(diǎn)決定的。催化裂化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，必須通過循環(huán)的再生催化劑將熱量帶入反應(yīng)器，維持反應(yīng)溫度，以保證反應(yīng)正常轉(zhuǎn)化，因此在催化裂化裝置主風(fēng)聯(lián)鎖是最高級別聯(lián)鎖，主風(fēng)中斷后必須終止進(jìn)料、切斷兩器循環(huán)。而甲醇制烯烴反應(yīng)是放熱反應(yīng)，通過工藝設(shè)計(jì)中的取熱設(shè)施，能夠在短時(shí)間內(nèi)維持反應(yīng)正常進(jìn)料，長時(shí)間則會導(dǎo)致催化劑積碳失去活性，必須切斷進(jìn)料。因此，與催化裂化裝置不同，MTO裝置主風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖僅僅出發(fā)再生系統(tǒng)和外取熱器切除。

2.2.2 主風(fēng)機(jī)電機(jī)定子線圈溫度單點(diǎn)聯(lián)鎖改為三取二聯(lián)鎖優(yōu)化

針對電機(jī)定子線圈溫度單點(diǎn)聯(lián)鎖易產(chǎn)生假信號導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)停車的問題，將原來的單點(diǎn)聯(lián)鎖改為三取二聯(lián)鎖，增加了主風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3 主風(fēng)機(jī)主風(fēng)流量聯(lián)鎖儀表取樣優(yōu)化

主風(fēng)流量取樣為文丘里管方式，文丘里管上有三個(gè)取樣點(diǎn)，配套三個(gè)差壓變送器來計(jì)算流量。原始安裝時(shí)，取樣只取了一個(gè)取樣點(diǎn)，這樣就存在如果取樣點(diǎn)出現(xiàn)堵塞等異常情況時(shí)造成流量聯(lián)鎖啟動，造成誤動作。后改為分別從三個(gè)取樣點(diǎn)上進(jìn)行取樣，三個(gè)變送器分別獨(dú)立取樣，這樣即使有一個(gè)取樣點(diǎn)出現(xiàn)問題也不會造成主風(fēng)流量聯(lián)鎖動作，從而消除了該聯(lián)鎖發(fā)生誤動作的可能性。

3 結(jié)論

（1）主風(fēng)機(jī)是甲醇制烯烴裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用是提供燒焦風(fēng)和保持再生系統(tǒng)的流化，并維持再生系統(tǒng)壓力。

（2）甲醇制烯烴裝置工藝特點(diǎn)，決定了其對主風(fēng)機(jī)有著特殊的要求，尤其是在不同工況主風(fēng)需求量差異較大。優(yōu)化設(shè)計(jì)了不同的防喘振控制曲線，減少了低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的防喘振放空量，實(shí)現(xiàn)了在不同負(fù)荷下的節(jié)能操作。

（3）通過聯(lián)鎖控制回路改造、潤滑油備泵自啟條件變更，可以減少異常停車，避免裝置波動，降低物料損失和能源消耗。

[1] 潘凱，蔡金山.主風(fēng)機(jī)和煙機(jī)的控制系統(tǒng)的改造[C]//石油和化工行業(yè)節(jié)能技術(shù)研討會會議，2006：588-591.

[2] 趙勇，王智.Intouch在重油催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2003（5）：56-58.

[3] 王興斌，蔡金山.催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)的節(jié)能改造[J].石化技術(shù)，2010，17（1）：29-32.

Analysis of Typical Problems of Main Fan of Methanol to Olefins

Sun Bao-quan，Yang Yang

In this paper，the Methanol to olefins（MTO）device is used as the background to study and optimize the control scheme of the main fan system of the key equipment.Aiming at the typical problems of the main fan running，the main fan control system is analyzed systematically.The main fan anti-surge control scheme is designed and designed，and the optimal control of the main fan system is realized to meet the production requirements of the methanol-，While reducing the frequency of the device accident，to achieve energy-saving operation.

methanol to olefin；main fan；control system；anti-surge control

TQ221.2

A

1003–6490（2017）05–0010–02

2017–04–06

孫保全（1982—），男，內(nèi)蒙古包頭人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作。