關(guān)鍵詞 | 乙烯裝置 低壓甲烷壓縮機(jī) 拆除
PART.1低壓甲烷壓縮機(jī)提前停機(jī)項(xiàng)目背景
某乙烯裝置采用中石化LECT技術(shù)，經(jīng)脫瓶頸改造后，裝置乙烯產(chǎn)能由800kt/a增加到1100kt/a。擴(kuò)能后深冷分離系統(tǒng)并聯(lián)新線，需要新增1臺(tái)大冷箱，受設(shè)備布置空間限制，改造后低壓甲烷壓縮機(jī)(K-302)需移位至兩制冷壓縮機(jī)一端，原低壓甲烷壓縮機(jī)所在位置用于布置新冷箱。
乙烯裝置停車檢修和擴(kuò)能改造的施工時(shí)間僅2個(gè)月，而新冷箱系統(tǒng)的安裝需要進(jìn)行低壓甲烷壓縮機(jī)系統(tǒng)的拆除、新冷箱的打樁、基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)、設(shè)備吊裝、珠光砂填充、管道連接等一系列事項(xiàng)，這些工作需4~5個(gè)月才能完成。
針對(duì)這一改造難題，解決方案一是在全裝置停車后才開(kāi)始拆除低壓甲烷壓縮機(jī)，那么裝置按擬定日期開(kāi)車時(shí)，新冷箱系統(tǒng)將不能完成管道連接等工作，不具備投用條件，只能是深冷分離系統(tǒng)老線先投用，深冷新線延后投用。新冷箱的工藝和儀表管口較多，共76個(gè)，因此開(kāi)車前必須在原老管線上預(yù)先做好大量甩頭，并確保甩頭盲端盲死。該方案不會(huì)對(duì)現(xiàn)有裝置操作產(chǎn)生影響，但缺點(diǎn)是既增加額外工作量，又增加大量的潛在泄漏點(diǎn)，帶來(lái)更多安全隱患。
解決方案二是在全裝置停車前提前拆除K-302及其油站等，預(yù)留足夠的施工時(shí)間進(jìn)行冷箱打樁和基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)等工作，使得新冷箱系統(tǒng)設(shè)備和管道的施工安裝能夠與乙烯裝置其它改造施工工作同步完成，那么在擬定日期開(kāi)車時(shí)，乙烯全裝置均能具備投用條件。
從安全角度考慮，方案二是更優(yōu)選擇。但壓縮機(jī)的提前停機(jī)必然會(huì)使裝置部分操作參數(shù)發(fā)生變化，由此帶來(lái)的影響涉及冷箱換熱器操作、氫氣純度、氫氣回收率、甲烷尾氣去向、裝置能否滿負(fù)荷運(yùn)行等多個(gè)方面，因此需要進(jìn)行綜合分析和評(píng)估。
PART.2低壓甲烷壓縮機(jī)提前停機(jī)后深冷系統(tǒng)操作參數(shù)
1.深冷系統(tǒng)操作參數(shù)變化
低壓甲烷壓縮機(jī)所在深冷分離系統(tǒng)的流程見(jiàn)圖1。
來(lái)自高壓脫丙烷塔回流罐的裂解氣進(jìn)入深冷分離系統(tǒng)，在冷箱和各換熱器中逐級(jí)冷卻冷凝，經(jīng)碳三、碳二洗滌塔分別洗滌脫除碳三、碳二后，進(jìn)入兩級(jí)氫/甲烷分離罐分離出粗氫氣及高、低壓甲烷。為盡量提高氫氣回收率并保證氫氣純度(摩爾分?jǐn)?shù))達(dá)到95%，2號(hào)氫/甲烷分離罐底的低壓甲烷經(jīng)J-T(焦耳-湯姆遜)閥等焓節(jié)流后壓力(表壓)降低至90kPa，經(jīng)少量補(bǔ)氫使溫度降至-169.9℃后進(jìn)入冷箱提供冷量，回?zé)嶂?0℃后出冷箱，經(jīng)低壓甲烷壓縮機(jī)壓縮至再生氣所需壓力570kPa，用作再生氣而后再送至燃料氣系統(tǒng)。
低壓甲烷壓縮機(jī)提前停機(jī)后，為使冷箱出口低壓甲烷不因壓力過(guò)低而被排放到火炬系統(tǒng)，需要增加旁路跨線，低壓甲烷經(jīng)此被送至燃料氣系統(tǒng)。為滿足進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)350kPa的壓力(表壓)要求，2號(hào)氫/甲烷分離罐(D-309X)罐底液相J-T閥后的壓力(表壓)需由原來(lái)的90kPa提高到402kPa(低壓甲烷流經(jīng)冷箱的壓降約為52kPa)，閥后溫度也將相應(yīng)升高，造成冷箱7號(hào)換熱器(E-317X)無(wú)足夠冷量，氫氣純度(摩爾分?jǐn)?shù))低于95%。
2.調(diào)節(jié)措施
解決最冷端E-317X冷量不足、氫氣純度較低問(wèn)題的最有效措施是增大補(bǔ)氫量，即通過(guò)加大溫控閥(TV-30078)的開(kāi)度來(lái)增加引入到低壓甲烷中的氫氣量。液相的低壓甲烷節(jié)流后為氣液混相，氫氣的補(bǔ)入使得氣相中的甲烷含量降低，為達(dá)到氣液平衡，更多的液相甲烷汽化，而汽化要吸收熱量，由于體系近似是絕熱過(guò)程，因此低壓甲烷物流的溫度降低，從而能夠在進(jìn)入冷箱后為E-317X提供更多冷量，進(jìn)而提高氫氣純度。
在裝置維持100%負(fù)荷情況下，基于E-317X的實(shí)際換熱能力，對(duì)K-302停機(jī)后不同補(bǔ)氫量時(shí)E-317X運(yùn)行參數(shù)、粗氫純度和氫氣回收率等進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。
K-302停機(jī)后粗氫純度和氫氣回收率隨補(bǔ)氫量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。
由圖2可知：隨著補(bǔ)氫量的增加，氫氣純度逐漸增大，如要保證氫氣純度(摩爾分?jǐn)?shù))與原設(shè)計(jì)一致，仍為95%，補(bǔ)氫量需加大到900kg/h。但增加補(bǔ)氫量會(huì)導(dǎo)致氫氣回收率降低，900kg/h的補(bǔ)氫量對(duì)應(yīng)的氫氣回收率低至73.78%。乙烯裝置的氫氣產(chǎn)品除用于碳三加氫外，還送汽油加氫裝置以及聚烯烴裝置，多出部分送至煉油廠。氫氣回收率降低將使氫氣產(chǎn)品的外送量減少，這將影響到煉油裝置的用氫量。根據(jù)裝置實(shí)際情況，600kg/h補(bǔ)氫量下81.12%的氫氣回收率在可接受的范圍。
經(jīng)計(jì)算，當(dāng)補(bǔ)氫量為600kg/h時(shí)，如要使氫氣產(chǎn)品純度(摩爾分?jǐn)?shù))達(dá)到95%，乙烯裝置負(fù)荷需要降低到81.5%。但乙烯裝置降負(fù)荷既影響乙烯和下游各裝置的正常操作，也影響裝置產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益，因此不作為優(yōu)選方案考慮。在保持乙烯裝置滿負(fù)荷操作情況下，補(bǔ)氫量增至600kg/h、粗氫純度(摩爾分?jǐn)?shù))降低至92.88%，這些操作參數(shù)的變化對(duì)乙烯裝置和下游裝置所帶來(lái)的影響需要進(jìn)一步評(píng)估。
3.增大補(bǔ)氫量對(duì)乙烯裝置冷箱和制冷壓縮機(jī)的影響
當(dāng)補(bǔ)氫量為600kg/h時(shí)，冷箱內(nèi)除E-317X外，其它板翅換熱器及冷箱外乙烯冷劑用戶換熱器的具體運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2和表3。
由表2可知：K-302停機(jī)后，補(bǔ)氫量增為600kg/h時(shí)，冷箱內(nèi)各板翅換熱器的運(yùn)行參數(shù)變化幅度很小，因此不影響冷箱的正常換熱操作。由表3可知：K-302停機(jī)和補(bǔ)氫量的增加對(duì)冷箱外乙烯冷劑用戶換熱器的運(yùn)行參數(shù)也無(wú)明顯影響，因此也不會(huì)影響到乙烯熱泵制冷系統(tǒng)和丙烯制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
4.氫氣純度降低對(duì)各裝置氫氣用戶的影響
甲烷化后的氫氣產(chǎn)品的去向包括乙烯裝置的碳三加氫系統(tǒng)、下游的汽油加氫裝置和聚烯烴裝置，以及煉廠的煉油裝置。
氫氣產(chǎn)品純度(摩爾分?jǐn)?shù))由95%降低到92.88%后，乙烯裝置碳三加氫反應(yīng)器的氫氣用量會(huì)有所增加，丙烯精餾塔系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)也會(huì)有相應(yīng)變化，模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4可知：氫氣純度降低后，丙烯精餾塔塔頂不凝氣量增加，塔頂尾氣冷凝器負(fù)荷增幅較大。經(jīng)核算，塔頂尾氣冷凝器能滿足的最大負(fù)荷是2.705MW，因此仍能滿足此時(shí)的換熱要求。塔冷凝器和再沸器負(fù)荷等工藝參數(shù)雖有小幅變化，但不影響裝置的正常運(yùn)行。
下游聚丙烯裝置的氫氣用量很少，雖然氫氣純度降低，但氫氣產(chǎn)品組分中僅甲烷含量升高，CO、O2等雜質(zhì)含量無(wú)變化，因此對(duì)反應(yīng)幾乎無(wú)影響，僅排放量少許增加，對(duì)裝置的正常操作無(wú)影響。
氫氣純度降低對(duì)聚乙烯裝置的影響只是反應(yīng)器需定期排放惰性組分，不會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行。同樣，氫氣純度降低對(duì)裂解汽油加氫裝置的影響也僅是二段循環(huán)氫惰性組分的排放頻率略有增加，不會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行。另外，氫氣純度(摩爾分?jǐn)?shù))92.88%能夠滿足煉油廠的要求。
PART.3低壓甲烷壓縮機(jī)停機(jī)移位方案實(shí)施
經(jīng)過(guò)對(duì)新冷箱系統(tǒng)提前施工安裝方案和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置方案的進(jìn)一步研究，最終確定在新冷箱提前施工期間，只需將低壓甲烷壓縮機(jī)的油站系統(tǒng)移位，而壓縮機(jī)本體無(wú)需提前拆除，在完成油站移位后，低壓甲烷壓縮機(jī)又可重新投入運(yùn)行，直至乙烯全裝置停車檢修。該優(yōu)化方案最終選擇在冬季完成實(shí)施，原因是在冬季乙烯裝置投料量大，氫氣產(chǎn)量多，能夠盡量減小對(duì)下游煉廠用氫量的影響。
低壓甲烷壓縮機(jī)停機(jī)后，現(xiàn)場(chǎng)按照既定工藝方案，將低壓甲烷尾氣并入燃料氣系統(tǒng)，同時(shí)增加溫控閥和旁路閥的補(bǔ)氫量，使氫氣純度保持在較高值，期間乙烯裝置及下游化工和煉油廠均維持穩(wěn)定操作，未發(fā)生異常生產(chǎn)波動(dòng)。油站移位用10d順利完成，之后低壓甲烷壓縮機(jī)重新開(kāi)車，乙烯裝置恢復(fù)正常操作，同時(shí)新冷箱的打樁施工也按計(jì)劃提前進(jìn)行。
