二元制冷系統(tǒng)的開車經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化操作.doc

二元制冷系統(tǒng)的開車經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化操作92中外能源sin0一gl0balenergy2011年第l6卷摘要關(guān)鍵詞二元制冷系統(tǒng)的開車經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化操作林鵬(中沙(天津)石化有限公司,天津300270)中沙(天津)石化乙烯裝置二元制冷系統(tǒng)(gb651系統(tǒng))是一個(gè)封閉的段制冷系統(tǒng),沒計(jì)提供低溫制冷范圍為一40cl35c.二元制冷系統(tǒng)前期由于操作畫面指示流量不準(zhǔn),機(jī)組循環(huán)量較大,功耗偏高,運(yùn)行功率為10000kw左右,循環(huán)量為150180t/h,透平進(jìn)氣量為115t/h,均較沒計(jì)值偏大很多.在2010年10月及2011年3月.進(jìn)行了兩次優(yōu)化調(diào)整,對(duì)優(yōu)化調(diào)整前后壓縮機(jī)功率及其他參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,調(diào)整后循環(huán)量基本與設(shè)計(jì)值相吻合,機(jī)組功率大大降低,由開車初期的10000kw逐漸降至7800kw,折算全年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1100萬(wàn)元;二元制冷系統(tǒng)各點(diǎn)溫度,壓力,流量在裝置滿負(fù)荷時(shí)基本與設(shè)計(jì)值一致,滿足乙烯裝置的高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行.二元制冷系統(tǒng)此前的一次聯(lián)鎖停車時(shí)惰走時(shí)間很短,機(jī)組發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象.提出應(yīng)對(duì)二元制冷壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車后反轉(zhuǎn)的對(duì)策及改造措施;對(duì)二元制冷系統(tǒng)干氣密封泄漏量頻繁波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析.目前,二元制冷系統(tǒng)反轉(zhuǎn)問題及干氣密封泄漏量波動(dòng)問題還未得到徹底解決,需要在裝置大修期間進(jìn)行完善,并進(jìn)一步跟蹤觀察.二元制冷機(jī)組功率連鎖停車反轉(zhuǎn)干氣密封1二元制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介中沙(天津)石化乙烯裝置二元制冷系統(tǒng)(gb651系統(tǒng))是一個(gè)封閉的三段制冷系統(tǒng),設(shè)計(jì)提供低溫制冷范圍為一40一135.二元制冷劑由甲烷和乙烯組成,另外還含有少量的氫氣.設(shè)計(jì)甲烷含量為42.3%(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)),乙烯含量為57%f物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)),氫氣含量為0.7%(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)).二元制冷混合物由離心壓縮機(jī)壓縮至4.351mpa(表).壓縮機(jī)排出物用冷卻水和丙烯冷劑脫過熱后.用冷箱尾氣,工藝液體,一40丙烯冷劑以及二元冷劑自身冷凝下來(lái).二元制冷系統(tǒng)將裂解氣分別冷卻到一72,一95和一134f包括向分凝分餾塔冷凝器提供冷量),還冷凝脫甲烷塔頂物流,同時(shí)為自身的冷凝提供冷量.二元制冷劑可以分成三個(gè)溫度等級(jí),有效滿足用戶需求2二元制冷系統(tǒng)流程描述壓縮機(jī)出口的氣相冷劑,先在1號(hào)二元冷劑冷卻器(ea651)中與冷卻水換熱,再在2號(hào)二元冷劑冷卻器(ea653x)中與13qc和一4丙烯冷劑換熱,以及在3號(hào)二元冷劑冷卻器(ea654x)中與一27丙烯冷劑換熱.然后,進(jìn)入8號(hào)尾氣換熱器(ea3l8x),被一40c丙烯冷劑部分冷凝,最后在7號(hào)尾氣換熱器(ea317x)里通過自身?yè)Q熱而全部冷凝.冷凝后的液相冷劑收集在二元冷劑收集罐(fa654).部分液相冷劑在5號(hào)尾氣換熱器(ea315x),4號(hào)尾氣換熱器(ea314x)以及3號(hào)尾氣換熱器(ea3l3x1中過冷到一134oc,進(jìn)入二元冷劑返回罐ffa655x).二元冷劑返回罐ffa655x)來(lái)的過冷液相減壓到一段入口壓力后,分別向脫甲烷塔頂冷凝器(ea308x),分凝分餾塔冷凝器(ea305),ea313x,ea314x中的裂解氣提供冷量.然后在4號(hào)尾氣換熱器fea314x)中過熱到一96,送往一段吸入罐(fa651).從用戶返回至各吸人罐的氣相冷劑,過熱到露點(diǎn)溫度之上,以防止液體積存.從5號(hào)尾氣換熱器fea315x)來(lái)的部分過冷后的液相冷劑,減壓到二段人口壓力,向裂解氣提供深冷冷量,然后在7號(hào)尾氣換熱器(ea317x)中過熱至一40,進(jìn)入二段吸入罐(fa652).二元冷劑收集罐(fa654)來(lái)的部分液相冷劑減壓到三段入口壓力,作者簡(jiǎn)介:林鵬,助理工程師,2006年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè),目前擔(dān)任中沙(天津)石化有限公司乙烯裝置壓縮單元技術(shù)員,在乙烯裝置開工階段主要負(fù)責(zé)二元制冷系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備工作及開工完善工作.email:peng.1insstpc.corn第10期林鵬.二元制冷系統(tǒng)的開車經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化操作?93?在7號(hào)尾氣換熱器(ea317x)中為二元冷劑自身冷凝提供冷量.然后在8號(hào)尾氣換熱器(ea318x)中過熱至一28c,進(jìn)入三段吸入罐(fa653).二元冷制系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1所示.圖1二元制冷系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖ea6511號(hào)二元冷劑冷卻器;ea653x-2號(hào)二元冷劑冷卻器;ea654x-3號(hào)二元冷劑冷卻器;fa654-z.元冷劑收集罐;ea315x-5號(hào)尾氣換熱器;ea314x一4號(hào)尾氣換熱器;ea313x一3號(hào)尾氣換熱器;fa655x-元冷劑返回罐;ea308x-脫甲烷塔頂冷凝器;ea3o5一分凝分餾塔冷凝器;fa651一一段吸人罐;ea317x-7號(hào)尾氣換熱器;fa652一二段吸入罐;ea318x-8號(hào)尾氣換熱器;fa653-.段吸人罐3二元制冷系統(tǒng)開車過程中的問題3.1透平振動(dòng)大導(dǎo)致聯(lián)鎖停車2009年l1月28et凌晨.二元制冷壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平單機(jī)試車:5時(shí)13分,機(jī)組轉(zhuǎn)速升至最小控制轉(zhuǎn)速5223r/min,準(zhǔn)備在最小控制轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)4h后考核機(jī)組性能;7時(shí)50分.透平排氣端振動(dòng)值突然上漲,導(dǎo)致機(jī)組聯(lián)鎖停車.事后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),由于透平單機(jī)試車.蒸汽做功不完全,導(dǎo)致排氣溫度上升很快.最高上升至253并持續(xù)高溫,最終導(dǎo)致透平末級(jí)葉輪,排氣缸及軸承座受熱膨脹,使聯(lián)鎖停車.在此后開車低速暖機(jī)時(shí).透平排氣溫度也會(huì)快速上升,由于gb651低速暖機(jī)時(shí)間設(shè)置為2000r/min以下暖機(jī)50min,在1000r/min暖機(jī)時(shí)較2000r/rain時(shí)溫度上升快,故為保證排氣溫度不高,盡量在lo00r/min停留較少時(shí)間,在2000r/min停留較長(zhǎng)時(shí)間,監(jiān)控整個(gè)升速過程排氣溫度不高于235.采用此方法,可以緩解排氣溫度上升過快而導(dǎo)致的機(jī)組低速暖機(jī)時(shí)間不足的問題.但有時(shí)排氣溫度仍然會(huì)上升至235,此時(shí)暖機(jī)時(shí)間距低速暖機(jī)的50min相差不多,一般采取的措施是直接跳過暖機(jī)步驟,透平升速至最小控制轉(zhuǎn)速,此時(shí)排氣溫度下降.3.2開車時(shí)干氣密封問題2010年1月3日19時(shí).gb651系統(tǒng)開車.系統(tǒng)內(nèi)乙烯充壓至0.9mpa.干氣密封低壓缸一級(jí)氣進(jìn)汽壓差pdi62440a出現(xiàn)低報(bào)警,不能滿足開車條件.此次開車發(fā)現(xiàn).干氣密封低壓缸一級(jí)氣進(jìn)氣壓差pdi62440a與缸體壓力高低有關(guān).當(dāng)缸體壓力升至0.75mpa以上時(shí),即使進(jìn)氣閥全開.pdi62440a壓力也會(huì)降到0.085mpa以下并低報(bào),當(dāng)系統(tǒng)壓力降至0.7mpa左右時(shí).pdi62440a可以達(dá)到0.09mpa的正常壓力值,滿足開車條件.此后,gb651開車時(shí)系統(tǒng)充壓至0.7mpa.3.3fa653液位高聯(lián)鎖停車2010年1月3el,gb651系統(tǒng)開車,轉(zhuǎn)速到達(dá)5223r/rain后出口溫度上升較快,開大出口壓力控制閥pv60004后,fa653高液位聯(lián)鎖停車.分析原因認(rèn)為,由于gb651首次存乙烯開車,經(jīng)驗(yàn)不足,在出口溫度上升較快時(shí),為防止出口溫度過高,將pv60004閥開得過大,導(dǎo)致大量液態(tài)乙烯來(lái)不及汽化直接進(jìn)入fa653,fa653液位上漲很快,最終導(dǎo)致高液位聯(lián)鎖停車.由于機(jī)組轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min直接通過臨界轉(zhuǎn)速到達(dá)5223r/min時(shí)間較短,壓縮機(jī)出1=i溫度上升很快,至此以后,gb651?94?中外能源sin0一globalenergy2011年第16卷開車在2000r/rain低速暖機(jī)準(zhǔn)備升速前.將最小流量閥打全手動(dòng),提前關(guān)小最小流量閥門,同時(shí)適當(dāng)開大激冷fii寸門,給機(jī)組提前降溫,避免轉(zhuǎn)速達(dá)到5223r/rain后出口溫度過高的情況.同時(shí).當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)5223r/min后再慢慢開大pv60004閥.并注意監(jiān)控fa653液位,防止其高液位聯(lián)鎖.4二元制冷系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整gb651前期運(yùn)行功率為10000kw左右,循環(huán)量為l50180t/h,透平進(jìn)氣量為ll5t/h,均較設(shè)計(jì)值偏大很多.2010年10月24日,gb651進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,根據(jù)康吉森公司提供的信息,當(dāng)時(shí)gb651各吸入排出流量值未進(jìn)行開方運(yùn)算,ccs上指示值較實(shí)際值偏低.計(jì)算公式如下:實(shí)際流量:,/器最大量程(1)也就是說(shuō),如果ccs指示出口流量為15lt/h,則實(shí)際流量為182t/h,這樣便增大了壓縮機(jī)功率.所以,需要通過設(shè)計(jì)值進(jìn)行反向計(jì)算,得出目前應(yīng)該控制的流量.根據(jù)設(shè)計(jì)值計(jì)算的各段流量見表1.表l各段設(shè)計(jì)流量與相應(yīng)顯示流量對(duì)比t/h設(shè)計(jì)流量30一段吸人顯示流量18設(shè)計(jì)流量77一段吸入顯示流量49設(shè)計(jì)流量43一段吸人顯示流量30.8設(shè)計(jì)流量151i段排出顯示流量103由表1可以看出.需要將各段流量調(diào)整至以上顯示流量,實(shí)際流量才能基本與設(shè)計(jì)流量相符.2010年10月24日,開始對(duì)gb651進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,首先降低二段,段用戶冷劑量.同時(shí)將轉(zhuǎn)速由7400r/min降至7250r/min.然后根據(jù)冷箱及脫甲烷塔各點(diǎn)溫度,適當(dāng)降低一段用戶冷劑用量.補(bǔ)入甲烷,增加甲烷在二元冷劑中的比例.調(diào)整后數(shù)據(jù)與之前的數(shù)據(jù)對(duì)比見表2由表2可見,優(yōu)化調(diào)整后,壓縮機(jī)功率及蒸汽用量均有大幅降低,裝置能耗降低.調(diào)整后防喘點(diǎn)接近防喘線,受防喘流量計(jì)算不準(zhǔn)的限制,不能繼續(xù)調(diào)整fa651汽化線仍然有50%的開度,透平高壓蒸汽用量較設(shè)計(jì)值偏高.2011年3月6日gb651停車后對(duì)其防喘振計(jì)算進(jìn)行校正,調(diào)整后流量恢復(fù)正常值.此時(shí)防喘點(diǎn)離防喘線有了一定距離,給優(yōu)化調(diào)整創(chuàng)造了一定裕量.此后,對(duì)gb65l再次進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整.適當(dāng)關(guān)小tic30016,提升ea314x溫度,從一72qc提升至一70c【=左右,增大fa655x的二元冷劑在ea314x中的汽化量,降低fa651汽化線的開度,最后汽化線開度由50%關(guān)至20%,gb651功率進(jìn)一步降低.此后嘗試將汽化線全關(guān),將冷劑投入用戶,但效果不好.故目前fa651汽化線保持較小開度.通過2010年9月至2011年4月的gb65l功率及ff201出口裂解氣量f裝置負(fù)荷1的平均值分析,裝置負(fù)荷呈逐漸上升趨勢(shì),而二元制冷系統(tǒng)(gb651)的功率呈下降趨勢(shì),由l0000kw逐漸降至7800kw,折算產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1100萬(wàn)元/a.優(yōu)化效果顯著(見表31.表2第一次優(yōu)化調(diào)整前后數(shù)據(jù)對(duì)比ccs顯實(shí)際沒計(jì)值100%設(shè)計(jì)值100oh項(xiàng)目狀態(tài)示流量對(duì)應(yīng)量負(fù)荷ft況11負(fù)荷ft況2,一段吸人調(diào)整前32483035流量/(t?h)調(diào)整后2434.6二段吸人調(diào)整前5883.47764流量/(t?h1調(diào)整后4271段吸人調(diào)整前435o.84338流量/(t?h1調(diào)整后3143i段排出調(diào)整前160187.6l51l36流量/(t?h)調(diào)整后11o155.6調(diào)整前980o71747296功率/kw調(diào)整后8500透平高壓蒸汽調(diào)整前11881.582.5用量/(t?h1調(diào)整后100表3gb651功率及裝置負(fù)荷各月平均值時(shí)間gb651功率,kwff201出口裂解氣量/(t?h12010-0982332522010-1097392932010-1185882952010-l28455290201l一0189163o12011-0281872892o11-0377213192011-047740325目前,gb651系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),機(jī)組各點(diǎn)振動(dòng),位移,溫度均滿足設(shè)計(jì)要求.滿負(fù)荷時(shí)功率與設(shè)計(jì)功率基本一致.高負(fù)荷時(shí)各級(jí)別冷劑能滿足工藝要求,甲烷,乙烯冷劑配比與設(shè)計(jì)值基本相符.第10期林鵬.二元制冷系統(tǒng)的開車經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化操作?95?5二元制冷系統(tǒng)存在問題及對(duì)策5.1gb651反轉(zhuǎn)問題2011年3月6日,gb501聯(lián)鎖停車后,gb651緊急停車,惰走時(shí)間僅為5s,然后2s反轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速達(dá)到512r/min.后6s轉(zhuǎn)速為零.gb651前期曾發(fā)生過一次聯(lián)鎖停車,當(dāng)時(shí)出口壓力為3mpa左右,通過此次事故可見,gb651系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(出口壓力達(dá)到4.2mpa以上)聯(lián)鎖停車,會(huì)導(dǎo)致反轉(zhuǎn).針對(duì)以上情況,采取如下措施:借鑒gb501防反轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn),在gb651出口及fa653罐頂放火炬調(diào)節(jié)閥處增加聯(lián)鎖后全開.委托中國(guó)石化工程公司(sei)設(shè)計(jì),在三段吸人管線至一段吸人管線增加防喘振線,防喘振線上安裝防喘閥,壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)防喘閥快速開啟,迅速平衡段間壓力,以降低壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)的可能性,保證設(shè)備不受損害.5.2gb651干氣密封低壓缸低壓側(cè)火炬泄漏量波動(dòng)干氣密封火炬泄漏量是判斷干氣密封系統(tǒng)是否完好的標(biāo)志.加10年4月3日.gb651干氣密封低壓缸低壓側(cè)fi62447放火炬流量開始波動(dòng),此前運(yùn)行時(shí)該值穩(wěn)定在3m3/h(標(biāo)準(zhǔn)),波動(dòng)后流量值時(shí)高時(shí)低,且沒有規(guī)律性.此后的幾個(gè)月最高波動(dòng)到12.5m,/h(標(biāo)準(zhǔn),其聯(lián)鎖值由10.38m/h(標(biāo)準(zhǔn))改為14.9m,/h(標(biāo)準(zhǔn)).經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的觀察摸索,發(fā)現(xiàn)其波動(dòng)與環(huán)境溫度有一定的聯(lián)系.現(xiàn)場(chǎng)加裝保冷后效果較好,波動(dòng)幅度明顯降低.2010年冬季,其流量一直保持在2.73.0m/h(標(biāo)準(zhǔn))且很穩(wěn)定,2011年5月以后氣溫升高.流量又開始波動(dòng),這也驗(yàn)證了其泄漏量一定程度上受環(huán)境溫度影響.根據(jù)以上情況進(jìn)行分析,gb651干氣密封使用的是約翰克蘭公司的串聯(lián)式干氣密封,其端面材料為石墨+碳化硅,準(zhǔn)素環(huán)采用石墨材質(zhì),接合環(huán)采用碳化硅材質(zhì).表4給出了不同材質(zhì)的物理特性.與其他材料相比,碳化硅在滿足溫度和壓力的要求方面均顯示出特殊優(yōu)勢(shì),又因密封間隙的幾何形狀受端面材料的壓力和溫度分布的影響.從表4材料的物理特性分析,碳化硅做端面材料的優(yōu)勢(shì)最大.碳化硅的彈性模量(420gpa)較高.在壓力和溫度影響下,密封面和輔助件的變形最小.因此,在不同操作條件下,確保了密封間隙的穩(wěn)定.碳化硅優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性導(dǎo)熱系數(shù)為100125w/(m?k)保證必要的熱量消散,因此密封端面的溫度分布也是均勻的.而石墨的彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)很低,密封間隙受溫度及壓力影響較大,且gb651低壓缸低壓側(cè)介質(zhì)溫度為一100oc,工作溫度很低.故根據(jù)目前運(yùn)行情況推斷.環(huán)境溫度較高時(shí),對(duì)石墨側(cè)的影響大.石墨有極微小的形變.進(jìn)而引起干氣密封泄漏量的波動(dòng).由于二級(jí)進(jìn)氣量穩(wěn)定,所以問題很有可能出在一級(jí)石墨端面上.表4各種材質(zhì)物理特性項(xiàng)目石墨wcsicsi3n4密度/(kg?dm12-2.56彈性模量,gpa20-40600420350導(dǎo)熱系數(shù)/w?(m?k)】712801o012530熱膨脹系數(shù)454.842.1裝置準(zhǔn)備在大修時(shí)更換gb651低壓缸低壓側(cè)干氣密封,更換新密封后繼續(xù)觀察,如能長(zhǎng)周期保持正常泄漏量,則說(shuō)明當(dāng)前密封已有一定程度上磨損:如運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間仍出現(xiàn)此種情況,則要考慮石墨材質(zhì)在此種條件下(一100%)的應(yīng)用是否合適,需要設(shè)備制造廠家進(jìn)行評(píng)估.6結(jié)論二元制冷系統(tǒng)在中沙f天津)石化乙烯裝置實(shí)際生產(chǎn)中的操作參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合,可以滿足高負(fù)荷時(shí)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行.二元制冷系統(tǒng)在開車過程中應(yīng)注意對(duì)排汽溫度的監(jiān)控.防止透平排汽溫度高引起機(jī)組振動(dòng)值增大:在通過臨界轉(zhuǎn)速前應(yīng)提前給各吸入罐降溫,防止達(dá)到最小控制轉(zhuǎn)速后機(jī)組排出溫度超高.將操作值向設(shè)計(jì)值靠近,合理分配各級(jí)別冷劑用量,有利于降低系統(tǒng)功耗.目前,二元制冷系統(tǒng)反轉(zhuǎn)問題及干氣密封泄漏量波動(dòng)問題還未得到徹底解決.需要在裝置大修期間進(jìn)行完善,并且進(jìn)一步跟蹤觀察.參考文獻(xiàn):【1】李桂芹,王玉華.壓縮機(jī)干氣密封基本原理及使用分析j】_風(fēng)機(jī)技術(shù),2000,52(1):1923.(編輯常雪紅)?96?中外能源sinogl0balenergy2011年第16卷startupskillsandoptimizationoperationsforbinaryrefrigerationsystemslinpeng(sinopec/sabictianjinpetrochemicalco.,ltd.,tianjin300270)abstractthebinaryrefrigerationsystem(gb651)ofsstpcsethyleneunitisaclosedthreestagerefrigerationsystemdesignedtoproviderefrigerationfrom一40一135.duetoinaccurateflowdisplaysbythecontrolsystem,thescaleofcirculationofthebinaryrefrigerationsystemwasverylarge,resultinginahighpowerconsumptiontheoperatingpowerwasabout10,000kw,thecirculationscalewas150180t/handthevolumeofairinflowoftheturbinewas115t/h,allsignificantlyhigherthanthedesignvalues.twooptimizationadjustmentswerecarriedoutduringoctober2010tomarch2011.comparingtheparameters(includingconpressorpower)postandpriortotheoptimization,thecirculationscalebasicallymetthedesignvalueandtheunitspowerdroppedsignificantlyfrom10,000kwsincethestartupoftheunitgraduallyto7,800kw,equivalenttogenerating11millionyuaninrevenue.thetemperature,pressureandflowratevaluesatallpointsofthebinaryrefrigerationsystemwhentheunitworksatfullcapacityhavemetdesignvalues,enablingtheethyleneunittooperatestablyatfullcapacity.thebinaryrefrigerationsystemhadaveryshortidlingtimewhenithadaninterlockingparkinglasttimeandareversaltookplacetotheunit.thearticleproposescountermeasuresandoptimizationmeasurestowardsthereversalofthebinaryrefrigerationcompressorafterinterlockingparkingandanalyzesthefrequentfluctuationofleakageratesofthedrygassealingunitofthebinaryrefrigerationsystem.th