低溫乙烯物料輸轉(zhuǎn)的工藝優(yōu)化

高潔

摘 ?要：本文闡述低溫乙烯物料從常壓低溫罐輸轉(zhuǎn)至壓力球罐工藝，淺析如何將該工況運(yùn)行時(shí)的核心設(shè)備乙烯加熱器E42進(jìn)行工藝控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，解決實(shí)際工作中碰到的一些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)該設(shè)備在低負(fù)荷工況下的安全生產(chǎn)運(yùn)行，為提高工況的操作彈性創(chuàng)造了條件。

關(guān)鍵詞：低溫;乙烯;儲(chǔ)運(yùn);控制器

前言

隨著我國(guó)乙烯工業(yè)的迅速發(fā)展，低溫乙烯儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)以其存貯量大、安全可靠等特點(diǎn)越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。低溫物料需被加熱后送到下游裝置或中間球罐，換熱溫度梯度較大，低溫物料的安全加熱技術(shù)顯得格外重要。

1 低溫乙烯物料輸送工藝

貯存在低溫乙烯常壓罐中的-102.7 ℃、107 kPa液相乙烯，經(jīng)泵P42加壓至2450 kPa后，送至乙烯加熱器E42管程，被加熱至-30 ℃的液相乙烯經(jīng)流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量后送到乙烯球罐。把-102.7 ℃的低溫乙烯加熱到-30 ℃。該工況設(shè)計(jì)流量是37 t·h-1，殼程丙烯的操作壓力定為1400 kPa。

2 低溫乙烯加熱控制優(yōu)化

2.1 乙烯加熱器E42的儀表控制方案

為實(shí)現(xiàn)E42換熱器的工藝指標(biāo)的及時(shí)有效控制和確保生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行，在該換熱器上采用多種控制系統(tǒng)包括串級(jí)控制、比值前饋控制、選擇控制，并采用三取二的儀表聯(lián)鎖控制回路，對(duì)儀表控制及聯(lián)鎖設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.2 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在E42換熱器控制系統(tǒng)中，管程乙烯出口溫度TIC1024、蒸汽流量FIC1007及蒸汽調(diào)節(jié)閥FV1007組成一個(gè)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。乙烯溫度為主調(diào)節(jié)參數(shù)，蒸汽流量為副調(diào)節(jié)參數(shù)。當(dāng)乙烯溫度受外界干擾產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器TIC1024的測(cè)量值與設(shè)定值產(chǎn)生偏差，使主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)發(fā)生變化，該輸出值再去修正副調(diào)節(jié)器FIC1007的設(shè)定值，從而改變副調(diào)節(jié)器的輸出值，即調(diào)節(jié)蒸汽流量的大小，以確保乙烯出口溫度穩(wěn)定在控制范圍內(nèi)。

2.3 比值前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

乙烯出口溫度TI1024是整個(gè)控制系統(tǒng)中的主要參數(shù)，影響它的主要因素是乙烯流量的改變。蒸汽流量的增加或減少是受乙烯溫度支配的，當(dāng)乙烯溫度受干擾出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，蒸汽量必須相應(yīng)的調(diào)整使乙烯出口溫度趨于穩(wěn)定。

2.4 低選擇器

如果主參數(shù)乙烯溫度下降，出現(xiàn)過(guò)大的負(fù)偏差時(shí)，TIC1024調(diào)節(jié)器的輸出值增加，蒸汽流量FFIC1007調(diào)節(jié)器的輸出值也隨之增加，蒸汽閥門FV1007要大幅度開(kāi)啟，導(dǎo)致E42殼程丙烯壓力PIC1027測(cè)量值迅速上升;反之，如果乙烯出口溫度上升速度較快，出現(xiàn)過(guò)大的正偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)輸出信號(hào)使蒸汽閥門快速關(guān)閉，又會(huì)導(dǎo)致丙烯壓力迅速降低，工藝上是不允許的，因此，引入低選擇控制系統(tǒng)。

2.5 儀表聯(lián)鎖控制回路

為防止超溫超壓運(yùn)行對(duì)設(shè)備的損壞，E42換熱器運(yùn)行中，對(duì)乙烯出口溫度和殼程丙烯壓力分別設(shè)置高高位、低低位聯(lián)鎖，每套聯(lián)鎖均有3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，其中2個(gè)測(cè)量點(diǎn)達(dá)到聯(lián)鎖值就會(huì)發(fā)生聯(lián)鎖。

3 乙烯加熱器E42的工藝控制的調(diào)整和優(yōu)化

3.1工藝控制參數(shù)的優(yōu)化

低溫乙烯物料從常壓低溫罐輸轉(zhuǎn)至壓力球罐的過(guò)程中，由于液相乙烯進(jìn)入球罐會(huì)產(chǎn)生大量閃蒸汽，所以球罐壓力制約發(fā)料量。返料流量只能降低至23t·h-1。因此需將E42殼程內(nèi)丙烯的操作壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)實(shí)際操作的需要。

3.2 在設(shè)計(jì)流量下?lián)Q熱器的工藝計(jì)算

（1）熱負(fù)荷的確定

由于液相乙烯在加熱過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生相態(tài)變化，根據(jù)熱量衡算式可以求出換熱器的熱負(fù)荷為：Q=GCP（t2-t1）。

在設(shè)計(jì)條件下，E42管程液相乙烯的流量為37t·h-1，進(jìn)出口溫度分別為-99.695℃、-32℃，已知在該溫度下液相乙烯的平均定壓比熱容為2.7005 kJ·（kg℃）-1，設(shè)計(jì)條件下?lián)Q熱器的熱負(fù)荷為：1878.88kW

（2）傳熱推動(dòng)力△tm的確定

殼程內(nèi)丙烯作為傳熱介質(zhì)，被乙烯吸熱發(fā)生冷凝，同時(shí)被蒸汽加熱發(fā)生汽化，在設(shè)計(jì)操作壓力1400kPa的溫度為35.896℃，則E42換熱過(guò)程中的傳熱推動(dòng)力用冷熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差表示。設(shè)計(jì)條件下?lián)Q熱器的對(duì)數(shù)平均溫度差為：97.87℃

（3）總傳熱系數(shù)的確定

E42換熱器乙烯管程的換熱面積為21.156 m2，換熱器的總傳熱系數(shù)K。Q=KS△tm。求得總傳熱系數(shù)為：907.44 W·（m2℃）-1

3.3 根據(jù)實(shí)際操作條件對(duì)丙烯壓力進(jìn)行推算

由于球罐沒(méi)有氣相回收系統(tǒng)，收料過(guò)程中產(chǎn)生的氣相乙烯來(lái)不及液化，造成罐壓超高，所以發(fā)料量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)流量37 t·h-1，低溫罐實(shí)際發(fā)料量最低約23 t·h-1，乙烯實(shí)際操作溫度進(jìn)口-102.7 ℃，出口溫度-30℃，已知在該溫度下液相乙烯平均定壓比熱容為2.6956 kJ·（kg℃）-1，故對(duì)換熱器的實(shí)際熱負(fù)荷重新計(jì)算：1254.31 kW

對(duì)于原換熱器，其換熱面積、總傳熱系數(shù)不變。根據(jù)傳熱方程式，推算出新情況下的對(duì)數(shù)平均溫差△tm：65.34 ℃

新情況下殼程丙烯的操作溫度為T′，利用傳熱推動(dòng)力的計(jì)算公式求取T′：5.6℃

查得丙烯在5.6℃時(shí)的飽和蒸汽壓為634 kPa，該壓力值低于原設(shè)計(jì)E42丙烯殼層壓力低低聯(lián)鎖值670 kPa。丙烯在0℃時(shí)的飽和蒸汽壓為502.88 kPa，將E42殼程丙烯壓力控制范圍降低至600 kPa，低低聯(lián)鎖值變更為540 kPa。

3.4 新的工藝控制指標(biāo)的應(yīng)用結(jié)果

根據(jù)調(diào)整后的工藝控制指標(biāo)進(jìn)行工藝控制的調(diào)整。E42殼程內(nèi)丙烯壓力控制及聯(lián)鎖值的修改是合理的，它既實(shí)現(xiàn)低流量情況下的物料的輸轉(zhuǎn)，又保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.5 聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在低溫罐返球罐工況不運(yùn)行時(shí)，E42乙烯出口溫度接近常溫，而該溫度值超過(guò)-20℃就要聯(lián)鎖停泵和關(guān)蒸汽閥門。而且，為了防止溫度驟降帶給管道設(shè)備的應(yīng)力破壞，乙烯出口管線溫度的降溫速率不能太快，因此工況剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，乙烯送出的流量要逐步提高至正常值，小流量運(yùn)行時(shí)，乙烯出口溫度也是超過(guò)-20℃的，同樣會(huì)引起聯(lián)鎖動(dòng)作。每次開(kāi)泵前，需解除E42出口溫度高高聯(lián)鎖，使P42泵正常開(kāi)啟，并確保蒸汽的正常供給，經(jīng)過(guò)約半小時(shí)的調(diào)整，使工況穩(wěn)定下來(lái)后，再恢復(fù)聯(lián)鎖。為避免每次低溫罐輸送前繁瑣的聯(lián)鎖解除和恢復(fù)手續(xù)，提出在E42出口溫度高高位聯(lián)鎖回路中增加了一個(gè)延遲開(kāi)關(guān)，時(shí)間設(shè)置為30 min。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)E42工藝控制參數(shù)的調(diào)整和修改，保證低溫乙烯常壓罐輸送至壓力球罐在未達(dá)到原設(shè)計(jì)流量的情況下的正常運(yùn)行，提高該工況的操作彈性。通過(guò)對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)化，確保聯(lián)鎖系統(tǒng)正常工作，從而達(dá)到生產(chǎn)優(yōu)化的目的。

參考文獻(xiàn)

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