陳 麗,馮 利,王桂英＊,欒國(guó)顏,孫純國(guó)

（1.吉林化工學(xué)院石油化工學(xué)院;2.中國(guó)石油吉林石化公司乙烯廠,吉林 吉林 132022）

乙烯是石油化工產(chǎn)業(yè)的主要代表產(chǎn)品，在石油化工中起主導(dǎo)地位。乙烯裝置是石油化工行業(yè)中能耗最大的裝置之一，其生產(chǎn)水平成為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)石油化工發(fā)展的主要標(biāo)志。乙烯生產(chǎn)中分離很多是冷分離，最低溫度為-102℃，制冷系統(tǒng)能耗特別大。本文對(duì)前脫乙烷乙烯冷凍系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)研究，使節(jié)能的措施應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，讓企業(yè)因節(jié)能取得更多的效益。

1 乙烯-丙烯復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)

以丙烯為制冷劑構(gòu)成的蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，其冷凝溫度可采用38-42℃的環(huán)境溫度（冷卻水或者是空冷）。但是在維持蒸發(fā)壓力不低于常壓的條件下，其蒸發(fā)溫度受丙烯沸點(diǎn)的限制只能達(dá)到-45℃的低溫，所以使用乙烯為制冷劑的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其蒸發(fā)溫度可以降到-102℃，由于乙烯受臨界點(diǎn)的影響，不能在環(huán)境下冷凝，冷凝溫度必須低于9.9℃，所以，采用丙烯制冷循環(huán)為乙烯制冷循環(huán)提供冷量，這就是乙烯-丙烯復(fù)疊制冷循環(huán)[1]。

冷深冷級(jí)別分為：淺度冷凍（≥低于-50℃冷凍溫度）；中度冷凍（-50～-100℃冷凍溫度）；深度冷凍（≤-100℃冷凍溫度）。

吉林市某乙烯廠采用前脫乙烷流程，丙烯冷劑用水冷降溫，分-30℃、-20℃、0℃、12℃四個(gè)等級(jí)，乙烯冷劑用-30℃丙烯冷劑降溫，分-57℃、-80℃、-101℃三個(gè)等級(jí)。因此在開車時(shí)，要先開丙烯機(jī)再用丙烯冷劑開乙烯機(jī)，整個(gè)過程稱為復(fù)迭制冷。乙烯機(jī)除了提供乙烯冷劑外，還與乙烯精餾塔形成開式熱泵，分離乙烯和乙烷，并向下游用戶提供氣相乙烯外送。

2 控制系統(tǒng)

對(duì)乙烯丙烯復(fù)迭制冷用空冷代替部分丙烯冷媒壓縮機(jī)制冷的節(jié)能研究，控制系統(tǒng)尤為重要，新的節(jié)能方案中大量使用分程控制，如圖1、圖2所示。

圖1 調(diào)節(jié)閥分程控制動(dòng)作（同向）

圖2 調(diào)節(jié)閥分程控制動(dòng)作（反向）

3 丙烯冷凍系統(tǒng)優(yōu)化方案

本次優(yōu)化方案的控制點(diǎn)設(shè)計(jì)主要采用的是分程控制方案[2-3]（如圖3）。

圖3 分程控制方案

在壓縮機(jī)兩段、三段、四段管線出口分別加自動(dòng)儀表控制，當(dāng)溫度低于3℃，開啟兩級(jí)壓縮，當(dāng)溫度低于14℃高于3℃時(shí)，開啟三段壓縮，當(dāng)外界溫度高于14℃，開啟原流程的四段壓縮。

當(dāng)開啟三段壓縮時(shí)，壓縮機(jī)出口的氣體為30.7℃，丙烯不經(jīng)過冷凝水，而是直接進(jìn)入空冷器E4620，使丙烯降溫到8℃冷凝成液體（飽和液體），如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到8℃，這樣的話就應(yīng)該在空冷器的出口安裝一個(gè)自動(dòng)儀表TIC4620來分程控制丙烯的走向，當(dāng)溫度達(dá)到8℃，閥4620A打開，閥4620B關(guān)閉。當(dāng)溫度沒有達(dá)到，閥4620A關(guān)閉，閥4620B打開，進(jìn)入換熱器E4621進(jìn)行冷劑補(bǔ)償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，在換熱器的出口加控制儀表TIC4621，閥4621控制冷物流進(jìn)口流量來控制物料的出口溫度達(dá)到8℃，8℃的液態(tài)丙烯經(jīng)過減壓閥達(dá)到0℃溫位。12℃的冷凍級(jí)別，就由空氣直接進(jìn)行冷卻，這樣在原本進(jìn)入E3701的物料管路上加一個(gè)手動(dòng)閥，當(dāng)溫度低于14℃高于3℃時(shí)，直接進(jìn)入空冷器E4622，當(dāng)溫度高于14℃時(shí)，進(jìn)入原流程E3701，所以，開啟三段壓縮機(jī)時(shí)，直接進(jìn)入空冷器E4622，如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到12℃，這樣的話就應(yīng)該在空冷器的出口安裝一個(gè)自動(dòng)儀表T4622來分程控制丙烯的走向，當(dāng)溫度達(dá)到12℃，閥4622A打開，當(dāng)溫度沒有達(dá)到12℃，閥4622A關(guān)閉，閥4622B打開，進(jìn)入換熱器E4623進(jìn)行冷劑補(bǔ)償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，在換熱器的出口加控制儀表，閥4623控制冷物流進(jìn)口流量來控制物料的出口溫度達(dá)到12℃。

當(dāng)開啟兩段壓縮時(shí)，丙烯直接進(jìn)入E4624空冷器，使丙烯降到-3℃的液體（飽和液體），如果外界的溫度高，不足以使丙烯降到-3℃，同理，加一個(gè)換熱器做為冷劑補(bǔ)償，其中冷物流由閃蒸罐V-4602的塔底引出，溫度達(dá)到-3℃后，經(jīng)過減壓閥達(dá)到-12℃溫位。這樣除了12℃的冷凍級(jí)別需要空冷器進(jìn)行冷卻之外，0℃的物料也需要進(jìn)入空冷器E4626、E4628、E4630、E4632進(jìn)行冷卻，同理，若溫度高，加一個(gè)換熱器做為冷劑補(bǔ)償。

4 結(jié)論

本文針對(duì)東北地區(qū)天氣的實(shí)際情況，對(duì)乙烯丙烯復(fù)迭制冷中的丙烯冷媒系統(tǒng)通過空冷器來冷卻物流，在節(jié)能型方案中為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制大量的采用了分程控制。

[1]傅良.乙烯行業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京化工工程公司：現(xiàn)代化工,2003,5(05):12-16.

[2]米鎮(zhèn)濤.化學(xué)工藝學(xué)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2014:97.

[3]邵裕森.過程控制及儀表[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:16-17.