Unipol氣相聚乙烯裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)研究及控制措施

張佰運(yùn) 呂明 李宏冰

摘 ? ? ?要： 某石化線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置采用的是氣相流化床生產(chǎn)工藝技術(shù)，自裝置開(kāi)工以來(lái)，技術(shù)人員通過(guò)反應(yīng)優(yōu)化、技術(shù)改造、低標(biāo)準(zhǔn)整治等多種方法使裝置生產(chǎn)水平及生產(chǎn)周期持續(xù)提高，并且裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)持續(xù)改善，達(dá)到行業(yè)一流水平。論述了裝置能耗、物耗的一些計(jì)算控制方法，并列舉了一些節(jié)能降耗的措施，最后通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)分析得出各項(xiàng)措施的有效性，對(duì)同類(lèi)裝置生產(chǎn)有借鑒意義。

關(guān) ?鍵 ?詞：氣相流化床;聚乙烯;物耗;能耗

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 028 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）12-2911-04

Abstract： A petrochemical linear low-density polyethylene device adopts a gas phase fluidized bed production process technology. Since the startup of the device， the technicians have continuously improved the production level and production cycle by various methods， such as reaction optimization， technical transformation， and low-standard remediation. And the economic and technical indicators of the device were continually improved， reaching the industry's first-class level. In this paper， some calculation and control methods for energy consumption and material consumption of the device were described， and some measures for energy saving and consumption reduction were enumerated. Finally， the effectiveness of each measure was determined through data comparison analysis.

Key words： Gas phase fluidized bed; Polyethylene; Material consumption; Energy consumption

某石化線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為45萬(wàn)t/a，操作彈性60%～110%，年生產(chǎn)時(shí)間8 000 h。自開(kāi)工生產(chǎn)以來(lái)，通過(guò)不斷地生產(chǎn)研究和控制優(yōu)化使裝置的反應(yīng)系統(tǒng)停工次數(shù)及時(shí)間大幅度減少，開(kāi)工率從93.84%提高到98.86%，擠壓造粒系統(tǒng)年停工次數(shù)下降16%，年綜合能耗由103.99 kg Eo/t降至86.75 kg Eo/t，年綜合物耗由1 014.8 kg/t降至1007.04 kg/t。有效的措施使裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到持續(xù)改善，裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)。

1 ?物耗、能耗分析計(jì)算研究

1.1 ?物耗控制因素

在裝置生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)流程及控制的復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致部分原料的損失，因此物耗控制的目標(biāo)是盡可能降低原料損失量，同時(shí)還要減少產(chǎn)品的過(guò)程損耗。原料中乙烯形成分子主鏈，丁烯（又稱(chēng)共聚單體）形成支鏈，而氫氣作為鏈終止劑消耗量極低，所以其消耗不計(jì)入物耗計(jì)算內(nèi)。因此，裝置的物耗是指乙烯和共聚單體單耗之和。裝置物耗計(jì)算公式如下：

對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中造成原料損失的因素包括：系統(tǒng)開(kāi)工前流程置換、反應(yīng)器超壓排放、精制床再生泄壓、回收率控制水平、停工后反應(yīng)器放空等等。從降低原料消耗方面分析，有效的控制措施主要是通過(guò)優(yōu)化操作減少反應(yīng)器的日常排放、進(jìn)行長(zhǎng)周期生產(chǎn)控制研究減少停工次數(shù)、合理的降低精制床再生頻率、通過(guò)膜回收技術(shù)改造提高原料的回收率等幾個(gè)方法;從控制樹(shù)脂產(chǎn)量方面分析，一是實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)，二是通過(guò)多項(xiàng)措施減少?gòu)U料的產(chǎn)生和降低全生產(chǎn)過(guò)程的成品損失[1]。

1.2 ?能耗系數(shù)對(duì)控制的影響

1.2.1 ?能耗系數(shù)

裝置生產(chǎn)消耗的能量主要包括水、電、汽、風(fēng)四種大項(xiàng)中的多種物料，依據(jù)生產(chǎn)工藝不同，各項(xiàng)物料消耗占比存在差異，而每種物料的能量折算值也不相同，即系數(shù)不同。儀表風(fēng)是裝置消耗量前三位的動(dòng)力物料之一，但由于氮?dú)獾南禂?shù)約為儀表風(fēng)的4倍，導(dǎo)致氮?dú)饽芎母哂趦x表風(fēng)[2]。可見(jiàn)，對(duì)于能耗的高低，系數(shù)起著決定性作用。裝置常用動(dòng)力物料系數(shù)見(jiàn)表1。

在生產(chǎn)操作上，控制能耗并不只是關(guān)注消耗量大的物料，還要考慮高系數(shù)物料的影響。例如，同等負(fù)荷下燃料氣的消耗量每多增加1 t，則對(duì)能耗的影響相當(dāng)于循環(huán)水增加用量10 000 t。相比于高系數(shù)低用量的燃料氣，蒸汽則屬于較高系數(shù)、用量較大的物料，因此對(duì)此類(lèi)物料的關(guān)注和調(diào)整顯得十分必要。

2 ?負(fù)荷結(jié)構(gòu)對(duì)能耗、物耗控制影響

理論上，在相同生產(chǎn)條件下，樹(shù)脂產(chǎn)量越高則能耗、物耗越低。但在實(shí)際生產(chǎn)中，不能只是簡(jiǎn)單強(qiáng)調(diào)產(chǎn)量的作用而不加以分析。比如，在裝置的設(shè)計(jì)階段，高生產(chǎn)能力裝置將采用功率更大的設(shè)備，流程的改變可能引入新的動(dòng)設(shè)備;開(kāi)停車(chē)物料排放量大，故障處理過(guò)程動(dòng)力原料將保持更大的運(yùn)行流量;高負(fù)荷生產(chǎn)可能使反應(yīng)器內(nèi)催化劑的停留時(shí)間變短，三劑費(fèi)用增加等問(wèn)題[3]。同樣地，在已經(jīng)設(shè)計(jì)確定生產(chǎn)能力的裝置內(nèi)，高產(chǎn)量對(duì)能耗和物耗的作用強(qiáng)弱會(huì)受到以下三種因素的影響：

（1）產(chǎn)量相同，連續(xù)穩(wěn)定的長(zhǎng)周期運(yùn)行效果要好于波動(dòng)生產(chǎn)。氣相流化床反應(yīng)器降負(fù)荷過(guò)程尤其是快速降低過(guò)程會(huì)引起反應(yīng)氣體的短時(shí)間超壓排放;誘導(dǎo)冷凝劑短時(shí)間內(nèi)無(wú)法降低至正常含量而誘發(fā)分布板堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致流化狀態(tài)變差，塊料增多等問(wèn)題。停車(chē)和開(kāi)車(chē)過(guò)程會(huì)造成大量反應(yīng)原料的損失，使物耗大幅度升高。短時(shí)間停車(chē)，除電量消耗明顯降低，其余動(dòng)力原料基本保持不變，使能耗大幅度升高。即使開(kāi)車(chē)后提高負(fù)荷，短時(shí)間內(nèi)也無(wú)法使能耗和物耗達(dá)到最優(yōu)。以生產(chǎn)DFDA-7042為例，反應(yīng)器開(kāi)工過(guò)程中管線(xiàn)置換，每次大約損失乙烯139.7 t， 丁烯36.2 t，開(kāi)工前3天內(nèi)各項(xiàng)動(dòng)力物料基本保持運(yùn)行，能耗提高約200 kg Eo/t（以冬季為例，夏季略低）。裝置正常生產(chǎn)階段與開(kāi)工階段能耗和物耗對(duì)比見(jiàn)表2。

（2）在高負(fù)荷生產(chǎn)情況下，應(yīng)研究如何降低成品樹(shù)脂的損失。裝置生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料包括粉料、落地料、水澇料和餅料四種。粉料是指通過(guò)粉料振動(dòng)篩篩除的塊料;落地料是指通過(guò)顆粒振動(dòng)篩篩除、餾出口采樣、料倉(cāng)采樣和凈化細(xì)粉過(guò)程產(chǎn)生的粒料和粉料;水澇料是顆粒冷卻水帶出的細(xì)粉料;餅料是擠壓機(jī)開(kāi)車(chē)階段排出的熔融樹(shù)脂。其中，落地料和水澇料會(huì)隨著產(chǎn)量的升高和產(chǎn)品質(zhì)量的提高相應(yīng)增加，但在廢料中的占比較低;在擠壓機(jī)開(kāi)車(chē)過(guò)程中，控制每次開(kāi)車(chē)?yán)系臄?shù)量，可以減少餅料的產(chǎn)生。粉料在廢料中的占比超過(guò)80%，成為裝置控制廢料的研究重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)反應(yīng)器產(chǎn)生塊料的原因進(jìn)行跟蹤分析研究，適當(dāng)降低PDS停留和出料時(shí)間、穩(wěn)定生產(chǎn)負(fù)荷、優(yōu)化誘導(dǎo)冷凝劑用量從而減少分布板堵塞幾率等多種方法，大幅度減少了反應(yīng)器廢料的產(chǎn)生。

（3）同時(shí)，經(jīng)過(guò)對(duì)粉料振動(dòng)篩擴(kuò)網(wǎng)技術(shù)改造，將邊長(zhǎng)1.9 cm方形編織篩網(wǎng)更換為直徑2.5 cm沖壓圓孔篩網(wǎng)，進(jìn)一步降低了塊料的產(chǎn)生。兩種措施效果明顯，在產(chǎn)能大幅度提高的前提下使粉料量減少174.1 t/a，廢料量的減少，直接使得2018年綜合物耗較2017年降低0.44 kg/t。2017年與2018年裝置廢料產(chǎn)生量對(duì)比見(jiàn)表3。

（4）通過(guò)對(duì)動(dòng)力物料消耗的研究，確定能夠最大程度降低能耗、物耗的負(fù)荷區(qū)間。以裝置使用的LCM450H型擠壓機(jī)為例，擠壓機(jī)主電機(jī)功率與負(fù)荷關(guān)系見(jiàn)圖1（生產(chǎn)DFDA-7042，調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度36.8%，熔融泵入口壓力0.2 MPa）。

由圖1可見(jiàn)，功率與負(fù)荷成線(xiàn)性關(guān)系，但是當(dāng)擠壓機(jī)負(fù)荷達(dá)到約50 t/h以上時(shí)，功率隨著負(fù)荷的增加而變緩，所以擠壓機(jī)保持在50 t/h以上負(fù)荷運(yùn)行，并且逐漸升高產(chǎn)量，則對(duì)電耗的控制有利。如果生產(chǎn)負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間保持在50 t/h以下，或出現(xiàn)持續(xù)的負(fù)荷波動(dòng)，則擠壓機(jī)效率較低，電耗較高。同樣地，對(duì)某項(xiàng)物料與負(fù)荷關(guān)系的研究也可以找出較低能耗下的負(fù)荷區(qū)間，對(duì)裝置整體能耗控制有利[4]。

3 ?能耗、物耗控制的重要因素及其他控制措施

3.1 ?電耗控制的重要性

統(tǒng)計(jì)全年線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置能耗數(shù)據(jù)，居前三的分別為電、循環(huán)水、氮?dú)?，其中電耗約占總能耗的66%，是控制能耗的關(guān)鍵因素（裝置主要能耗項(xiàng)目占比情況見(jiàn)圖2）。

穩(wěn)定生產(chǎn)條件下，提高生產(chǎn)負(fù)荷過(guò)程一般不會(huì)導(dǎo)致水、汽、風(fēng)用量的增加，這時(shí)的輸送泵、排放氣壓縮機(jī)、擠壓機(jī)系統(tǒng)、顆粒輸送風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率上升且高功率工作時(shí)間延長(zhǎng)，出現(xiàn)整體電消耗量上升情況，而循環(huán)氣壓縮機(jī)的功率與固定反應(yīng)器床重條件下的導(dǎo)葉開(kāi)度相關(guān)，一般不會(huì)隨負(fù)荷變化而變化。

依據(jù)能耗計(jì)算公式，產(chǎn)量增加而消耗不增加使高負(fù)荷階段除電以外的其他動(dòng)力物料能耗下降非常明顯，這一點(diǎn)從不斷降低的電能耗在整個(gè)能耗中的占比卻不斷上升可以判斷。不同負(fù)荷下電量、電耗及占比情況見(jiàn)表4。

以共聚單體干燥床C-1004為例，再生加熱過(guò)程需要增加電量7 304 kW·h，裝置共10個(gè)精制床需要定期再生，通過(guò)合理的計(jì)算可以保證在安全控制的條件下減少再生頻率，減少電耗;解決粒料風(fēng)機(jī)送料過(guò)程中旋轉(zhuǎn)閥氣托而進(jìn)行低轉(zhuǎn)速運(yùn)行的問(wèn)題，減少風(fēng)機(jī)在線(xiàn)使用時(shí)間;盡可能保證擠壓機(jī)負(fù)荷在50 t/h以上運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。

3.2 ?技術(shù)改造對(duì)能耗、物耗控制作用

裝置開(kāi)工以來(lái)，進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)革新，對(duì)能耗、物耗的控制效果較為明顯，這些改造基本在不增加新的消耗條件下進(jìn)行。主要有以下幾種：

（1）滾瓶間伴熱形式改造

催化劑滾瓶間原伴熱形式為低壓蒸汽伴熱，現(xiàn)更換為低壓蒸汽與返回凝液交替伴熱，這種伴熱方式不僅對(duì)裝置返回凝液進(jìn)行回收再利用，而且還大大降低了低壓蒸汽的使用量。改造后，在伴熱使用周期（254 d）內(nèi)，可降低低壓蒸汽使用量約1.2 t/h，按照裝置滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)算，能耗降低約1.07 kg Eo/t。計(jì)算公式如下（低壓蒸汽系數(shù)見(jiàn)表1）：

能耗降低量=降低量×使用時(shí)間×系數(shù)/產(chǎn)量=1.07 kg Eo/t

（2）增加尾氣回收裝置

利用新增加的深冷膜回收技術(shù)可以將原回收系統(tǒng)無(wú)法回收的乙烯、共聚單體、誘導(dǎo)冷凝劑和氮?dú)膺M(jìn)行分離、回收、再利用[5]。該技術(shù)的動(dòng)力來(lái)源為少量的凝液廢熱及排放氣壓縮機(jī)正常工作產(chǎn)生的壓力，從而不產(chǎn)生新的能耗和物耗。投用后可以回收乙烯約73.13 kg/h，丁烯約70.31 kg/h，按照滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)算，降低物耗約2.55 kg Eo/t。計(jì)算公式如下：

（3）增加高壓凝液閃蒸罐

高壓蒸汽在本裝置內(nèi)唯一作用就是為擠壓機(jī)系統(tǒng)提供熱源，并且經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后形成凝液排出裝置。由于返回的凝液具有較高熱量和壓力，直接排出裝置會(huì)造成高熱量浪費(fèi)，所以裝置增設(shè)一套高壓凝液閃蒸罐設(shè)備將高壓凝液閃蒸為低壓蒸汽，之后進(jìn)行使用。增加該設(shè)備后，可節(jié)約低壓蒸汽0.5 t/h，改善能耗約0.59 kg Eo/t。

3.3 ?優(yōu)化控制對(duì)能耗、物耗控制作用

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)操作參數(shù)的跟蹤與研究，及時(shí)對(duì)控制條件進(jìn)行調(diào)整，可以有效改善物料的消耗。根據(jù)近幾年實(shí)際調(diào)整總結(jié)出以下幾項(xiàng)主要措施：

（1）反應(yīng)系統(tǒng)波動(dòng)導(dǎo)致超壓時(shí)，將原操作利用循環(huán)氣管路泄放的操作方法來(lái)降低反應(yīng)器壓力改為通過(guò)減少PDS出料時(shí)間從而將壓力泄放到出料系統(tǒng)內(nèi)再返回回收系統(tǒng)的操作方法，這種操作的改變大大降低了循環(huán)氣體的損失，節(jié)約了原料改善了物耗;

（2）在膜回收技術(shù)改造之前，通過(guò)對(duì)原回收系統(tǒng)回收罐壓力的研究，將壓縮機(jī)出口壓力由1.28 MPa提高至1.5 MPa。在設(shè)備安全的前提下，提高了氣體組分的液化壓力條件，使部分處于超壓排放的烴類(lèi)氣體重新液化回收，改善物耗約1.2 kg/t;

（3）循環(huán)氣壓縮機(jī)的功率受導(dǎo)葉開(kāi)度的影響，在循環(huán)氣流量可以完成流化撤熱的區(qū)間內(nèi)，及時(shí)的降低導(dǎo)葉開(kāi)度可以防止床層過(guò)高細(xì)粉夾帶量大的問(wèn)題，還可以改善壓縮機(jī)的電耗;

（4）低壓火炬由于燃燒不完全而出現(xiàn)黑煙現(xiàn)象時(shí)，使用中壓蒸汽的水煤氣反應(yīng)控制黑煙現(xiàn)象。中壓蒸汽全開(kāi)用量達(dá)到25 t/h以上，投用1 h可增加能耗33.78 kg Eo/t（設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力56.25 t/h，系數(shù)見(jiàn)表1），對(duì)能耗的影響非常大。現(xiàn)將中壓蒸汽的啟停與排放量建立聯(lián)鎖能夠最大限度的降低中壓蒸汽的投用時(shí)間，可以最大幅度的控制裝置能耗。

3.4 ?降低動(dòng)力物料措施

裝置能耗在同等生產(chǎn)負(fù)荷條件下，通過(guò)不斷的減少動(dòng)力物料損失，使能耗不斷改善。主要有以下措施：

（1）低壓火炬水封罐是裝置生產(chǎn)水的主要消耗部位，通過(guò)將水封罐的伴熱溫度由60 ℃降低至10 ℃控制，減少生產(chǎn)水的蒸發(fā)損耗。調(diào)整前每個(gè)生產(chǎn)日約消耗4.7 t，調(diào)整后約消耗0.13 t。依據(jù)不同樹(shù)脂添加劑析出的不同，脫鹽水用量在2～7 t/h波動(dòng)調(diào)整，及時(shí)調(diào)整脫鹽水的用量，降低脫鹽水損耗;

（2）正產(chǎn)生產(chǎn)條件下，誘導(dǎo)冷凝劑的使用量平均值約9.5 kg/h，使用量小且為間斷進(jìn)料。將精制系統(tǒng)的進(jìn)料泵由連續(xù)運(yùn)行改為間歇運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行時(shí)間降為原來(lái)的2.8%，減少了泵的運(yùn)行損耗和電耗;

（3）通過(guò)對(duì)高壓蒸汽用戶(hù)的優(yōu)化調(diào)整，在不影響生產(chǎn)的情況下，將高壓蒸汽用量由2.4 t/h調(diào)整為1.2 t/h，一項(xiàng)調(diào)整降低能耗1.88 kg Eo/t，效果明顯。

4 ?結(jié) 論

了解能耗、物耗計(jì)算，發(fā)現(xiàn)能耗物耗控制的重要性。通過(guò)分析研究，掌握了影響裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的相關(guān)條件，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整及優(yōu)化，不斷地改善裝置物耗能耗指標(biāo)，為同類(lèi)裝置提供一定的借鑒。

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