聚烯烴聯(lián)合裝置氣力輸送系統(tǒng)集中氣源設(shè)計(jì)和應(yīng)用

王盛達(dá)

（中石化上海工程有限公司，上海 201200）

氣力輸送是聚烯烴裝置中典型的后工段成品顆粒料輸送方式之一，而氣源設(shè)備是氣力輸送系統(tǒng)的心臟，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，正確選擇氣源設(shè)備是非常重要的決定，因?yàn)檫@不僅是系統(tǒng)建設(shè)投資最高的設(shè)備，而且還是后期運(yùn)行階段用電成本的重要影響因素。

1 現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)階段的聚烯烴化工裝置因規(guī)模和投資成本等因素影響，大多以單套裝置形式建立。因此，氣力輸送系統(tǒng)的氣源設(shè)備組成主要以分散式輸送氣源。分散式氣源，顧名思義，是由多臺羅茨風(fēng)機(jī)或螺桿壓縮機(jī)按照不同的輸送工況、輸送能力、距離、壓力等要求分別組成的供氣單元以滿足相對應(yīng)的各種工況。

然而隨著塑料行業(yè)產(chǎn)能需求幾何級增長，越來越多的工程項(xiàng)目以聚烯烴裝置群的形式出現(xiàn)。集中氣源基于這個背景下逐漸成為了可以替代分散式氣源的設(shè)計(jì)方案。下面介紹一套典型的400KTA的聚丙烯粒料輸送流程，流程圖見圖1。

圖1中，粒料輸送系統(tǒng)由以下幾種工況組成：

圖1 氣力輸送系統(tǒng)流程圖

（1）擠出機(jī)出料進(jìn)入緩沖料斗，通過底部喂料旋轉(zhuǎn)閥將粒料加入氣力輸送管道內(nèi)送至8臺產(chǎn)品摻混料倉，輸送能力為75t/h。

氣源由兩臺羅茨風(fēng)機(jī)A提供，一開一備。羅茨風(fēng)機(jī)氣體出口設(shè)置換熱器及在線過濾器，使輸送氣溫度、濕度、潔凈度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）每臺摻混料倉底部出口配置旋轉(zhuǎn)閥及換向閥將重力下料分成兩路，一路通過氣力輸送返回到摻混料倉，即所謂循環(huán)摻混；另一路是通過氣力輸送送至成品包裝料倉頂部淘析器；以上兩種工況可同時進(jìn)行，輸送能力為90t/h。

兩種工況的輸送氣由兩臺單螺桿壓縮機(jī)提供，并共用一臺備機(jī)。氣體出口也同樣設(shè)置換熱器、在線過濾器

（3）摻混料倉內(nèi)的不合格品通過氣力輸送返回至位于擠出機(jī)進(jìn)料口的返工料倉，輸送能力為15 t/h；該工況僅在裝置開車期間向返工料倉輸送不合格品，正常生產(chǎn)期間不考慮該工況。

（4）經(jīng)淘析后的粒料再由氣源輸送至各個包裝料倉，輸送能力為90t/h。

氣源由兩臺羅茨風(fēng)機(jī)B提供，一開一備。羅茨風(fēng)機(jī)氣體出口設(shè)置換熱器及在線過濾器，使輸送氣溫度、濕度、潔凈度滿足設(shè)計(jì)要求。

每套裝置粒料輸送氣源的剛性配置如上所述，如果同時建設(shè)兩套及以上聯(lián)合裝置，則所需的設(shè)備數(shù)量與裝置數(shù)量呈線性關(guān)系。這將大大增加業(yè)主的前期投資成本，使得設(shè)計(jì)方案無法體現(xiàn)優(yōu)越性。而集中供氣單元的方案卻能在聯(lián)合裝置中體現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。下面筆者將詳細(xì)介紹。

2 集中氣源的組成

所謂集中氣源就是采用N臺多級離心壓縮機(jī)并聯(lián)組成供氣管網(wǎng)為聯(lián)合裝置中每套氣力輸送系統(tǒng)提供最苛刻工況下所需的氣量，壓縮機(jī)的數(shù)量N是根據(jù)最苛刻工況下所需的總氣量及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的額定流量、壓力所決定。主流的離心壓縮機(jī)組主要由圖2所示的設(shè)備、控制閥組、儀表及控制單元組成。

圖2 二級離心壓縮機(jī)工作流程

2.1 氣源的工作原理

常壓氣體通過入口空氣過濾器過濾后進(jìn)入主機(jī)，經(jīng)過一級壓縮后的空氣進(jìn)入中間冷卻器冷卻后進(jìn)入二級壓縮單元，經(jīng)過二級壓縮后的氣體在流量和壓力滿足正常工況下通過換熱器和在線過濾器后進(jìn)入氣力輸送管網(wǎng)，由氣體流量控制單元（ACU）控制氣體的流量、壓力和輸送路徑。

2.2 附屬設(shè)備的技術(shù)要求

附屬設(shè)備冷卻器、在線過濾器、過濾器、干燥器、儲氣罐等應(yīng)與輸送氣源機(jī)械相匹配，并能滿足輸送氣的溫度、壓力、含水率、潔凈度等工藝技術(shù)要求[1]。輸送石油化工粉粒料產(chǎn)品如：PP、PE、PET、PVC、PTA、PA6等，應(yīng)選用無油氣源機(jī)械或配置高精度濾油過濾器。氣源機(jī)械的吸氣口應(yīng)設(shè)有過濾裝置，如果吸氣口設(shè)在室外，應(yīng)采取防雨措施。詳細(xì)流程見圖3。

圖3 集中氣源流程圖

2.3 氣源參數(shù)的計(jì)算[2]

壓縮機(jī)主要參數(shù)為輸送氣量、輸送壓力。

Ga-氣體的質(zhì)量流量，即Ga=Gs/μ

Gs-物料的質(zhì)量流量；

μ-固氣比,物料流量與氣體流量之比；

ρa(bǔ)-氣體的密度。

因此，輸送氣量QCon可以表示為：

QLN輸送系統(tǒng)漏氣量（包括管道、旋轉(zhuǎn)閥等）。

輸送壓力是輸送系統(tǒng)的壓降、換熱器、在線過濾器、旋轉(zhuǎn)閥、袋式過濾器的壓降之和，再考慮10%的安全裕量。即

PGas-管網(wǎng)系統(tǒng)壓降（包括換熱器、過濾器、管道壓降）；

PCon-物料輸送壓降（包括排放氣壓降）。

2.4 氣源的控制方法

常用的氣源控制是通過在每臺壓縮機(jī)入口設(shè)置自動風(fēng)門(IGV)調(diào)節(jié)以及出口設(shè)置放空閥(BOV)組進(jìn)行氣量和壓力的調(diào)節(jié)。對于分散氣源設(shè)計(jì)，每臺壓縮機(jī)對應(yīng)一條輸送管線，為調(diào)節(jié)輸送氣量需要為每一條輸送管線設(shè)置獨(dú)立的放空閥組。集中氣源設(shè)計(jì)僅在每臺壓縮機(jī)出口設(shè)一套放空閥組，整個裝置各輸送管線的多余輸送氣體排放全部由這幾個放空閥組完成。使放空閥組的配置數(shù)量顯著減少。

2.4.1 壓縮機(jī)啟動時，關(guān)閉放空閥，調(diào)節(jié)風(fēng)門至最大位置，直至壓縮機(jī)的壓力和氣量達(dá)到100%負(fù)荷。如果此時壓力和氣量還沒有達(dá)到輸送工況設(shè)定值，則順序加載第二臺壓縮機(jī)，該過程將重復(fù)進(jìn)行，直到系統(tǒng)壓力正確或壓縮機(jī)滿負(fù)荷為止。在達(dá)到系統(tǒng)壓力后，控制器會將壓縮機(jī)逐臺切換為部分負(fù)載，優(yōu)化各臺壓縮機(jī)的工作負(fù)荷。

2.4.2 在運(yùn)行過程中，如果壓力突然升高，則需要從最后一臺壓縮機(jī)開始卸載壓力，減小風(fēng)門開度，打開放空閥排放多余氣體，降低壓力。若壓力仍然高于設(shè)定值，則依次卸載各臺壓縮機(jī)壓力。直至壓力回歸設(shè)定值。

3 實(shí)際工程案例

某項(xiàng)目為兩套40萬噸/年聚丙烯聯(lián)合裝置，成品粒料的輸送型式采用密相輸送，每套裝置配置8臺摻混料倉，8臺包裝料倉，共計(jì)32臺料倉。輸送工況與流程圖圖1中的所示的各種工況相同。各種工況的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 聯(lián)合裝置輸送工況參數(shù)

由表1可知，輸送所需的最大壓力為3.50 barg，總氣量為23340Nm3/h。按照實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，壓力和氣量均需考慮10%的裕量。即，選 型 壓 力 為3.85 barg，氣 量 為25674Nm3/h。根據(jù)壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)能力，可選4臺壓力為4barg，氣量為10000Nm3/h的壓縮機(jī)，三用一備。

如按分散氣源的設(shè)計(jì)配置兩套聚丙烯裝置的輸送氣源，則氣源設(shè)備所需數(shù)量對比詳見表2。

表2 優(yōu)化前后設(shè)備清單

顯而易見，集中氣源所需的設(shè)備數(shù)量得到了大大的優(yōu)化，設(shè)備的能耗也顯著降低。可以為項(xiàng)目節(jié)省客觀的前期設(shè)備投資,節(jié)約占地面積，以及業(yè)主后期的運(yùn)營成本。

4 結(jié)論

在裝置運(yùn)行期間，由于產(chǎn)品牌號改變及上游生產(chǎn)量的變化，輸送能力需要隨之變化。稀相輸送能力調(diào)節(jié)無需改變輸送氣量，僅調(diào)節(jié)給料量即可。密相輸送則不同，輸送量調(diào)節(jié)即需要調(diào)節(jié)給料量，同時需要調(diào)節(jié)輸送氣量。集中氣源設(shè)計(jì)對于稀相輸送和密相輸送均適用，但對于密相輸送更具優(yōu)越性。