乙烯裝置三元制冷系統(tǒng)影響因素及優(yōu)化研究

楊忠梅，張 劍，馮丙坤，楚慶巖

(1.山東理工大學(xué)，山東 淄博 255400；2.中國(guó)石化齊魯分公司)

乙烯裝置傳統(tǒng)的制冷方式是采用乙烯、丙烯、甲烷等冷劑的單組分制冷。由于甲烷、乙烯的臨界溫度低于冷卻水溫度,所以需要采用復(fù)迭制冷。某乙烯裝置建成初期產(chǎn)能為0.3 Mt/a,第一期改擴(kuò)建后產(chǎn)能為0.45 Mt/a,二期改擴(kuò)建后產(chǎn)能為0.72 Mt/a。二期改擴(kuò)建新增加一套世界首套(應(yīng)用于煉化裝置)三元制冷系統(tǒng)及配套冷箱系統(tǒng),該三元制冷系統(tǒng)是將甲烷、乙烯、丙烯3種冷劑按一定的比例混合(該乙烯裝置三元冷劑的設(shè)計(jì)摩爾組成為0.11%氫氣、8.99%甲烷、8.30%乙烯、82.60%丙烯)。在1臺(tái)制冷壓縮機(jī)中通過(guò)壓縮、水冷以及逐級(jí)冷卻后,形成重、中、輕3種不同級(jí)別的冷劑,這樣由1臺(tái)壓縮機(jī)就可完成3臺(tái)傳統(tǒng)壓縮機(jī)的工作,大大節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)空間,這在裝置改擴(kuò)建、現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)空間不足的情況下非常實(shí)用。

三元制冷技術(shù)較傳統(tǒng)的單組分復(fù)迭制冷技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):①節(jié)省設(shè)備布置面積、降低投資。一套三元制冷系統(tǒng)可以提供傳統(tǒng)的丙烯制冷、乙烯制冷、甲烷制冷3套系統(tǒng)所能提供的冷劑,減少了設(shè)備數(shù)量,節(jié)省了占地空間,使設(shè)備投資有所降低,特別適用于裝置改造。②能量利用效率高。三元冷劑冷卻曲線是連續(xù)平滑的,而單組分冷劑冷卻曲線則是非連續(xù)、級(jí)躍式的[1]。

級(jí)躍式制冷由于只以一定級(jí)位冷劑向工藝流體供冷量,故平均傳熱溫差較大,傳熱系統(tǒng)的熵增較大,即能量的利用效率不高。而連續(xù)式制冷采用的是混合冷劑,其蒸發(fā)曲線與工藝流體的冷卻曲線十分接近,大大縮小了傳熱平均溫差,從而提高了冷量利用效率,降低了制冷壓縮機(jī)的功耗。正是基于三元制冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),某企業(yè)將三元制冷系統(tǒng)引入乙烯裝置,替代了傳統(tǒng)的乙烯-丙烯復(fù)迭制冷系統(tǒng)[1-8]。

乙烯裝置三元制冷系統(tǒng)是與冷箱、脫甲烷塔深度集成的一個(gè)系統(tǒng),當(dāng)裂解氣負(fù)荷或組成發(fā)生變化時(shí),整個(gè)三元制冷系統(tǒng)會(huì)發(fā)生較大的生產(chǎn)波動(dòng),裝置恢復(fù)到平穩(wěn)運(yùn)行的調(diào)整周期較長(zhǎng)。技術(shù)人員一般會(huì)先參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)裝置的調(diào)整,但三元制冷系統(tǒng)工藝條件通常偏離設(shè)計(jì)工況較大,無(wú)法通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確指導(dǎo)裝置的操作調(diào)整。正常操作過(guò)程中,冷劑比例的分配和系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性對(duì)三元制冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要,因此通過(guò)建立模型并開(kāi)展優(yōu)化分析,可以使三元制冷系統(tǒng)得到快速穩(wěn)定的調(diào)整,為實(shí)際生產(chǎn)操作的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)[9-12]。

本研究采用AspenTech公司相關(guān)軟件開(kāi)展流程模擬。其中,穩(wěn)態(tài)模型涵蓋三元制冷系統(tǒng)的機(jī)組、冷箱系統(tǒng)和脫甲烷系統(tǒng)的全工藝流程,主要分析裂解氣負(fù)荷和組成變化對(duì)系統(tǒng)的影響,找出影響該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù),提出三元制冷系統(tǒng)、冷箱及脫甲烷塔的快速調(diào)整方法。動(dòng)態(tài)模型包括三元制冷系統(tǒng)的部分冷箱和脫甲烷系統(tǒng),主要考察脫甲烷塔塔頂冷凝器跨線流量對(duì)系統(tǒng)的影響,提出塔頂冷凝器的跨線調(diào)整思路。本研究不僅通過(guò)優(yōu)化三元制冷系統(tǒng)的操作條件,挖掘裝置節(jié)能增效的潛力,而且考察上述系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中的瞬態(tài)操作問(wèn)題,為實(shí)際操作指明調(diào)整方向。利用流程模擬穩(wěn)態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化相結(jié)合的技術(shù)手段來(lái)解決裝置運(yùn)行瓶頸,調(diào)整優(yōu)化思路、縮短調(diào)整周期、降低乙烯損失,并實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。

1 流程簡(jiǎn)介

三元制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)工藝側(cè)進(jìn)料為乙烯裝置原料經(jīng)過(guò)裂解、油洗、水洗、壓縮、干燥后的裂解氣,通過(guò)三元冷箱逐級(jí)深冷脫除氫氣和甲烷,再經(jīng)過(guò)脫甲烷塔、乙烯精餾塔進(jìn)一步分離[13-15]。裂解氣在本系統(tǒng)的壓力范圍為0～3.5 MPa,溫度范圍為-170～16 ℃(以最終產(chǎn)出氫氣產(chǎn)品為基準(zhǔn))。三元冷劑由甲烷、乙烯、丙烯及少量氫氣等混合物組成,分為重、中、輕3種,分別提供14.4,-50,-66,-79,-102,-136 ℃溫度級(jí)別的冷劑。三元冷劑在本系統(tǒng)的壓力范圍為0～3.1 MPa,溫度范圍為-143～15 ℃。系統(tǒng)流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 三元制冷系統(tǒng)流程示意1—重冷劑罐; 2—中冷劑罐; 3—第一氣液分離罐; 4—第二氣液分離罐; 5—第三氣液分離罐; 6—甲烷/氫分離罐; 7—輕冷劑收集罐; 8—脫甲烷塔塔頂冷凝器; 9—脫甲烷塔

2 三元制冷系統(tǒng)多工況穩(wěn)態(tài)優(yōu)化

三元制冷系統(tǒng)的平穩(wěn)操作受裂解氣量或組成的影響較大,且調(diào)整周期長(zhǎng),有必要通過(guò)建立模型并開(kāi)展優(yōu)化分析,以達(dá)到快速調(diào)整三元制冷系統(tǒng)操作的目的。

2.1 脫甲烷塔高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的優(yōu)化分析

保持脫甲烷塔塔頂冷凝負(fù)荷和塔釜熱負(fù)荷不變,通過(guò)模型計(jì)算脫甲烷塔進(jìn)料負(fù)荷變化時(shí)脫甲烷塔塔頂溫度的變化,結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出,隨著進(jìn)料負(fù)荷增加,脫甲烷塔塔頂溫度升高,會(huì)導(dǎo)致塔頂甲烷產(chǎn)品中乙烯含量升高,乙烯損失增加。

圖2 脫甲烷塔進(jìn)料負(fù)荷變化對(duì)塔頂溫度的影響

調(diào)整模型的目的是為了保證脫甲烷塔塔頂溫度和產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過(guò)模型計(jì)算,發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)提高三元冷劑冷量和調(diào)整脫甲烷塔冷熱負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn),結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出,當(dāng)裂解氣量增加時(shí),適當(dāng)提高三元冷劑總量,調(diào)整脫甲烷塔冷熱負(fù)荷,可保證裂解氣出冷箱溫度基本不變,進(jìn)而滿足脫甲烷塔產(chǎn)品質(zhì)量,但是乙烯損失隨之增加。

表1 脫甲烷塔負(fù)荷變化時(shí)的多工況計(jì)算結(jié)果

2.2 裂解氣組成變化時(shí)的優(yōu)化分析

在乙烯裝置的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中,裂解爐會(huì)被周期性地切出進(jìn)行檢修,其中,乙烷爐的清焦和投用對(duì)裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性影響較大,因?yàn)樵谠撨^(guò)程中裂解氣組成變化較大。本方案將通過(guò)高乙烷工況(乙烷爐投用)和低乙烷工況(乙烷爐清焦)考察裂解氣組成對(duì)裝置運(yùn)行的影響。

2.2.1 操作分析

以脫甲烷塔產(chǎn)品質(zhì)量合格(其中塔頂乙烯體積分?jǐn)?shù)小于1.4%,塔釜甲烷體積分?jǐn)?shù)小于600 μL/L)為前提,經(jīng)模型分析,裂解氣組成發(fā)生變化時(shí)的調(diào)整與裂解氣進(jìn)料跨線、壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度以及冷劑組成密切相關(guān)。

模型調(diào)整過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:

(1)裂解氣進(jìn)料走跨線量越大,裂解氣去后路冷箱的熱量就越多,因此,冷箱最后一級(jí)分離罐(第三氣液分離罐)的溫度就越高;反之,第三氣液分離罐溫度就越低。

(2)壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度越低,則重冷劑罐中的重冷劑量就越多,第三氣液分離罐溫度就越高;反之,第三氣液分離罐溫度就越低。

(3)三元冷劑中甲烷含量越高,說(shuō)明輕冷劑量越多,第三氣液分離罐溫度就越低;反之,三元冷劑中甲烷含量越低,說(shuō)明輕冷劑量越少,第三氣液分離罐溫度就越高。

因此,在模型調(diào)整過(guò)程中,首先要穩(wěn)定制冷壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度,使輕、中、重冷劑量進(jìn)行平穩(wěn)分配;然后依據(jù)裂解氣組成中乙烷含量的不同,調(diào)整裂解氣進(jìn)料走跨線的流量;最后,適當(dāng)調(diào)整三元冷劑組成,或調(diào)整制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,可以保證三元制冷系統(tǒng)在裂解氣組成變化后平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2.2 優(yōu)化分析

通過(guò)模擬優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)影響三元制冷系統(tǒng)冷劑配比的主要因素為壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度,該溫度波動(dòng)會(huì)直接影響下游重冷劑罐、中冷劑罐和輕冷劑罐的閃蒸情況,進(jìn)而導(dǎo)致三元冷劑的配比需要重新調(diào)整。當(dāng)乙烷爐清焦或投用時(shí),裂解氣組成將發(fā)生較大變化,因此對(duì)三元制冷系統(tǒng)的影響較大。考察裂解氣組成變化和壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度變化對(duì)系統(tǒng)的影響,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 裂解氣組成變化和壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度變化時(shí)不同工況下系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)

從表2可以看出,當(dāng)制冷壓縮機(jī)三段出口冷劑溫度一定時(shí),在保證脫甲烷塔塔頂產(chǎn)品質(zhì)量和第三氣液分離罐溫度的前提下,從工況1至工況3,隨著裂解氣中乙烷含量的降低,重冷劑量應(yīng)適當(dāng)調(diào)低,同時(shí)增加中冷劑和輕冷劑用量,裂解氣進(jìn)料走跨線的流量將會(huì)增加,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速上升,脫甲烷塔塔頂溫度出現(xiàn)下降。此外,對(duì)比工況1和工況4發(fā)現(xiàn),裂解氣組成一定時(shí),壓縮機(jī)出口溫度上升1 ℃,裂解氣走跨線的流量增量非常大,整個(gè)系統(tǒng)的熱量平衡被打破,將導(dǎo)致工藝調(diào)整的周期較長(zhǎng)。這說(shuō)明壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度的重要性,其會(huì)嚴(yán)重影響三元制冷系統(tǒng)的冷量分配。因此,要嚴(yán)格控制三段出口冷卻溫度的穩(wěn)定。

基于表2對(duì)三元制冷系統(tǒng)的調(diào)整思路,組合考察了裂解氣組成發(fā)生變化或者壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度發(fā)生變化時(shí)的優(yōu)化調(diào)整思路,目的在于確保脫甲烷塔塔頂乙烯損失不超標(biāo)(塔頂乙烯體積分?jǐn)?shù)小于1.4%)。具體的優(yōu)化思路及運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。其中:優(yōu)化1,僅裂解氣組成發(fā)生變化,優(yōu)化跨線流量、調(diào)整冷劑甲烷含量;優(yōu)化2,僅裂解氣組成發(fā)生變化,優(yōu)化跨線流量和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以及調(diào)整冷劑甲烷含量;優(yōu)化3,僅裂解氣組成發(fā)生變化,優(yōu)化跨線流量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速;優(yōu)化4,裂解氣組成和壓縮機(jī)三段出口冷劑的冷卻溫度同時(shí)發(fā)生變化,優(yōu)化跨線流量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。

表3 不同工況下的系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行數(shù)據(jù)

三元制冷系統(tǒng)的裂解氣組成發(fā)生變化后,若不及時(shí)進(jìn)行工藝調(diào)整,脫甲烷塔塔頂乙烯損失無(wú)法滿足控制指標(biāo)要求。從表3可以看出,通過(guò)多種調(diào)整手段進(jìn)行優(yōu)化,在穩(wěn)定制冷壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度后,確定合理的裂解氣走跨線流量,三元制冷系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)整思路可以有多種,比如微調(diào)三元冷劑的配比或者壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到工藝參數(shù)的控制指標(biāo)要求。通過(guò)合適的調(diào)整手段可以有效縮短調(diào)整時(shí)間,以達(dá)到降低乙烯損失和穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

3 三元冷劑組成預(yù)測(cè)模型

三元制冷系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,各種冷劑量會(huì)有不同程度的損耗,需要不定期進(jìn)行補(bǔ)充,通過(guò)開(kāi)發(fā)三元冷劑組成預(yù)測(cè)模型,設(shè)定重冷劑罐和中冷劑罐的溫度、壓力以及各種冷劑的流量,可以計(jì)算出三元冷劑的配比,為裝置的穩(wěn)定操作提供數(shù)據(jù)支持。圖3為三元冷劑預(yù)測(cè)模型示意。

圖3 三元冷劑預(yù)測(cè)模型示意

指定操作條件如下:重冷劑罐進(jìn)料量154 000 m3/h,重冷劑罐壓力2.87 MPa,中冷劑罐壓力2.75 MPa,中冷劑罐溫度17.5 ℃。

由于三元制冷壓縮機(jī)出口壓力相對(duì)穩(wěn)定,在組成和壓力相對(duì)恒定的情況下,一定的溫度就對(duì)應(yīng)著一定的冷凝量,通過(guò)溫度反映冷劑量是通用的方法。本研究只通過(guò)重冷劑罐溫度的變化反映三股冷劑量的變化,具體見(jiàn)表4。

表4 重冷劑罐溫度的變化對(duì)3股冷劑流量的影響

從表4可以看出,隨著重冷劑罐溫度的升高,重冷劑量逐步減少,中冷劑量和輕冷劑量逐漸增加。通過(guò)該預(yù)測(cè)模型,可以快速計(jì)算出3種冷劑的流量,在實(shí)際操作中可以確保各級(jí)冷劑能夠?yàn)橛脩籼峁┓€(wěn)定且充足的冷量,為裝置補(bǔ)充冷劑提供數(shù)據(jù)支持,有助于生產(chǎn)過(guò)程的快速調(diào)整。

4 三元制冷系統(tǒng)溫控改造方案

脫甲烷塔負(fù)荷較大或者冷卻水換熱器能力不足會(huì)導(dǎo)致三元冷劑在制冷壓縮機(jī)三段出口冷卻溫度較高,進(jìn)而打亂輕、中、重3種冷劑在閃蒸罐中的平衡分配,尤其是輕冷劑的冷量會(huì)明顯不足,導(dǎo)致脫甲烷塔塔頂溫度升高,塔頂乙烯損失較大,產(chǎn)品質(zhì)量不合格。因此,考慮新增1臺(tái)換熱器,用于降低三元制冷壓縮機(jī)三段出口的冷卻溫度,并保持該溫度的穩(wěn)定,解決因三元冷劑配比頻繁波動(dòng)導(dǎo)致三元制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題。

4.1 優(yōu)化方案

圖4為脫甲烷塔塔釜物料流向示意,塔釜物料經(jīng)冷箱降溫后降至-1 ℃,分為兩路,第一路直接作為脫乙烷塔上部進(jìn)料,第二路換熱到6 ℃后進(jìn)入脫乙烷塔下部作為下部進(jìn)料。

圖4 脫甲烷塔塔釜物料流向示意

考慮將脫甲烷塔塔釜物料在經(jīng)過(guò)裂解氣冷卻器換熱后,與壓縮機(jī)三段換熱器出口物料換熱,以穩(wěn)定三元冷劑三段出口溫度,保證輕、中、重3種冷劑的分配平衡,減少系統(tǒng)波動(dòng),具體方案如圖5所示。

圖5 三元制冷壓縮機(jī)三段出口冷劑溫控改造方案示意

從圖5可以看出,在三元制冷壓縮機(jī)三段出口換熱器后新增一臺(tái)換熱器,將降溫后的三元冷劑(約35 ℃)引50%進(jìn)入新增換熱器,控制三元冷劑三段出口溫度為33 ℃,而換熱后的裂解氣則升溫至約12 ℃后進(jìn)入脫乙烷塔下部。

4.2 熱平衡

新增換熱器換熱后的脫乙烷塔下部進(jìn)料熱量增加約985.9 kW。對(duì)脫乙烷塔冷熱負(fù)荷進(jìn)行核算,結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出,冷凝器負(fù)荷增加124 kW,再沸器熱負(fù)荷減少876 kW。塔頂冷負(fù)荷由-23 ℃的丙烯冷劑提供,塔釜熱負(fù)荷由急冷水提供,通過(guò)提高塔頂冷劑用量和降低塔釜熱媒用量可以保證該塔的熱量平衡。

表5 脫乙烷塔冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

脫乙烷塔的塔釜再沸器熱源為乙烯裝置自產(chǎn)的急冷水,多余的熱負(fù)荷最終將被冷卻水帶走。該換熱器冷卻水的設(shè)計(jì)負(fù)荷為10 078 t/h,若脫乙烷塔熱負(fù)荷減少876 kW,在循環(huán)水上水與回水溫差為3 ℃的前提下,需要增加冷卻水用量約250 t/h。該部分熱量消耗的冷卻水用量占比較小,對(duì)裝置的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)影響不大。因此通過(guò)此優(yōu)化調(diào)整,脫甲烷塔運(yùn)行效果可以得到保障,塔頂?shù)囊蚁p失可以滿足控制指標(biāo)要求。

5 脫甲烷塔塔頂冷凝器跨線流量動(dòng)態(tài)分析

三元制冷系統(tǒng)中,輕冷劑為脫甲烷塔塔頂物料提供冷量,輕冷劑的制冷效果對(duì)脫甲烷塔的操作有著很大的影響。考察輕冷劑進(jìn)入脫甲烷塔塔頂冷凝器跨線的流量范圍,找出合理的跨線流量,使得輕冷劑冷量得到最大化利用,進(jìn)而提高脫甲烷塔的操作彈性。圖6為脫甲烷塔塔頂跨線示意。

圖6 脫甲烷塔塔頂跨線示意

5.1 動(dòng)態(tài)模型分析

在動(dòng)態(tài)模型中,逐漸關(guān)閉旁路閥門(mén),隨著跨線流量的降低,雖然脫甲烷塔塔頂冷凝器的負(fù)荷保持恒定,但輕冷劑溫度會(huì)有所降低,相對(duì)應(yīng)的輕冷劑所提供的冷量將會(huì)增大,原因在于主線閥門(mén)的節(jié)流制冷作用。

5.2 動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化1(主線閥后壓力下降)

逐步關(guān)閉脫甲烷塔塔頂冷凝器旁路閥門(mén),使輕冷劑最終全部走主線,在主線調(diào)節(jié)閥開(kāi)度恒定的情況下,關(guān)閉旁路閥使主線調(diào)節(jié)閥壓降增加,導(dǎo)致節(jié)流效果得到明顯改善,輕冷劑將能提供更多冷量,因此脫甲烷塔塔頂溫度下降更多;同時(shí)輕冷劑在三元冷箱閉式循環(huán)過(guò)程中,第三氣液分離罐溫度也會(huì)隨之降低,罐底冷劑的流量增加,形成良性循環(huán)。表6為動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化1過(guò)程的工藝參數(shù)變化。

表6 動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化1脫甲烷塔塔頂冷凝器輕冷劑旁路跨線流量分配計(jì)算結(jié)果

從表6可以看出,關(guān)閉小旁路閥門(mén),脫甲烷塔塔頂溫度從-126.1 ℃降低至-130.4 ℃,第三氣液分離罐罐底流量從1.51 t/h增加至1.68 t/h。因此,適當(dāng)關(guān)閉脫甲烷塔旁路閥門(mén),在裂解氣量增加時(shí),通過(guò)此措施可以有效提高脫甲烷塔的操作彈性,穩(wěn)定冷箱的運(yùn)行效果。

5.3 動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化2(主線閥后壓力不變)

參考動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化1,輕冷劑優(yōu)化調(diào)整為以主線調(diào)節(jié)閥后壓力不變?yōu)榛鶞?zhǔn)(動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化2)。逐步關(guān)閉輕冷劑用戶旁路閥門(mén),并逐漸開(kāi)大主線調(diào)節(jié)閥、保持閥后壓力不變,發(fā)現(xiàn)節(jié)流效果并不理想。表7為動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化2過(guò)程的工藝參數(shù)變化。從表6和表7可以看出,在基本相同的旁路流量下,優(yōu)化2的脫甲烷塔塔頂溫度高于優(yōu)化1的脫甲烷塔塔頂溫度。

表7 動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化2脫甲烷塔塔頂冷凝器輕冷劑旁路跨線流量分配計(jì)算結(jié)果

從表7可以看出,若通過(guò)調(diào)整主線閥門(mén)開(kāi)度控制其閥后壓力不變,則在逐步關(guān)閉旁路閥門(mén)的過(guò)程中,主線閥門(mén)開(kāi)度會(huì)逐漸增加,第三氣液分離罐溫度和罐底流量變化均不明顯。說(shuō)明主線閥門(mén)開(kāi)度增加時(shí),系統(tǒng)節(jié)流制冷效果并不明顯。

綜上分析,建議實(shí)際操作中控制主線閥門(mén)開(kāi)度相對(duì)恒定,然后盡可能關(guān)小旁路閥門(mén)開(kāi)度(從70%關(guān)至0),如此可使輕冷劑達(dá)到好的節(jié)流制冷效果,進(jìn)一步提高脫甲烷塔的運(yùn)行效果,以及更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),輕冷劑冷量的增加最終也使三元制冷系統(tǒng)形成良性循環(huán),反過(guò)來(lái)也有利于操作的穩(wěn)定。

6 結(jié) 論

(1)采用穩(wěn)態(tài)模型分析了裂解氣量及其組成變化對(duì)三元制冷系統(tǒng)的影響,考察了在不同工況條件下提高三元制冷系統(tǒng)快速穩(wěn)定操作的關(guān)鍵參數(shù)和優(yōu)化方向,對(duì)降低脫甲烷塔塔頂乙烯損失和提高系統(tǒng)操作穩(wěn)定性提出了優(yōu)化建議。

(2)通過(guò)建立三元冷劑預(yù)測(cè)模型,考察了在壓力和組成一定的情況下,溫度對(duì)冷劑分配的影響,并將冷劑的用量進(jìn)行量化,通過(guò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)而總結(jié)規(guī)律,有助于生產(chǎn)過(guò)程的快速調(diào)整。

(3)控制制冷壓縮機(jī)三段出口溫度盡量保持穩(wěn)定,以提高整個(gè)三元制冷系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性,同時(shí)減少輕、中、重3種冷劑量的配比發(fā)生波動(dòng),進(jìn)而保證脫甲烷塔塔頂溫度穩(wěn)定,控制塔頂?shù)囊蚁p失。

(4)采用動(dòng)態(tài)模型分析了脫甲烷塔塔頂冷凝器跨線流量與制冷效果的關(guān)系。優(yōu)化結(jié)果表明,通過(guò)盡量關(guān)閉跨線流量并盡可能降低主線閥后壓力,可以明顯提升輕冷劑的制冷效果,進(jìn)而提高脫甲烷塔的運(yùn)行效果,同時(shí)可以更好地控制分離效果和產(chǎn)品質(zhì)量。此措施同樣也使三元制冷系統(tǒng)形成良性循環(huán),更利于裝置操作保持穩(wěn)定。