壓縮機系統的技術改造應用分析

１、概述
隨著裂解爐的不斷改造，生產能力不斷提高，后續壓縮機單元的生產能力能否適應乙烯裝置負荷的不斷提高，成為制約乙烯裝置負荷提高的重要因素。然而，壓縮機中裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）段間溫度高、段間壓力高、夏季真空度高、汽油產量大、負荷過重；制冷壓縮機系統特別是丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）出口壓力高、換熱器與段間罐兩者間相互搶量、段間罐不能建立液位、夏季真空度高等問題都制約著生產負荷的提高。針對這些問題，乙烯車間研究了許多解決方法，確立了乙烯裝置的技術改造方案，技術改造在一次次檢修中順利進行，最終解決了影響裝置負荷的瓶頸，保證了乙烯裝置高負荷生產的能力。
２、壓縮系統概況
壓縮系統主要包括五大壓縮機系統，分別是裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１），丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１），乙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ６０１），甲烷制冷壓縮機系統（ＧＢ３５０），燃料氣壓縮機系統（ＧＢ３５１）。
裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）為蒸汽透平驅動的離心式五段壓縮系統，主要目的是提高分離的深冷分離操作溫度，節約低溫能量和低溫材料；同時加壓會使裂解氣中的水與重烴冷凝，除去水分和重烴，減少分離干燥脫水和精餾分離的負擔。
丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）是蒸汽透平驅動的離心式四段壓縮的閉路系統。其工作原理是壓縮→冷凝→減壓→蒸發。壓縮——外界對系統作壓縮功，提高冷劑的壓力。冷凝——氣態冷劑冷凝到液態冷劑，并在高溫下向冷卻水放熱。膨脹——高壓液態冷劑在節流閥中降壓，由于壓力降低，相應的沸點也降低，當液體的沸點低于當時的溫度時，一部分液態冷劑蒸發，液體蒸發時必然要吸收熱量，但由于膨脹過程發生很快，節流閥周圍外界來不及供熱，這部分熱量則由降低自身內能來供給，所以高壓液態冷劑節流后溫度下降，膨脹成為低溫低壓的氣液混合物。蒸發——液態冷劑蒸發為氣體，并在低溫下從制冷對象（冷劑用戶）吸收熱量，使制冷物質降溫，以達到制冷工藝的要求。丙烯制冷壓縮機（ＧＢ５０１）將氣態丙烯增壓至１．６ＭＰａ左右，用冷卻水將氣體丙烯冷凝成液體丙烯，丙烯的冷凝溫度在３８℃左右，再利用節流、膨脹原理，使液態丙烯在節流閥中降壓，使其液相沸點降低，通過蒸發，使液態丙烯在換熱器中，蒸發成氣態丙烯，吸收用戶的熱量，從而達到制冷的目的。該系統可以提供四個溫度級位的冷劑：－４０℃，－２５℃，－７℃和１５℃。
其工藝流程簡圖如圖１。
乙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ６０１）的工作原理與丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）基本相同，該系統可以提供以下三個溫度級位的冷劑：－１０１℃，－７５℃和－６２℃。它們構成復迭制冷，共同為后續系統提供冷量。其工藝流程簡圖如圖２。
燃料氣壓縮機系統（ＧＢ３５１）為電氣驅動的二段壓縮系統，甲烷制冷壓縮機系統（ＧＢ３５０）為電氣驅動的四段壓縮系統。它們是在高溫高負荷的情況下，彌補丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）和乙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ６０１）復迭制冷提供冷量的不足。

３、壓縮系統的技術改造
３．１　壓縮機機組和汽油汽提塔的新建與改造
生產負荷的提高使丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）和乙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ６０１）的負荷大大增加。為了分擔它們的負荷，保持生產正常運行，壓縮單元新增加甲烷制冷壓縮機系統（ＧＢ３５０）和燃料氣壓縮機系統（ＧＢ３５１）。甲烷制冷壓縮機系統（ＧＢ３５０）使用高壓甲烷作為冷劑，彌補了冷量的不足，同時將壓縮過的高壓甲烷送至燃料氣壓縮機系統（ＧＢ３５１）處理后送往燃料氣系統，從而減輕了高壓甲烷在系統中的重復做功，減輕了裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）的負荷。它們的建成投用彌補了制冷壓縮機（ＧＢ５０１、ＧＢ６０１）提供冷量的不足，有利于乙烯裝置的高負荷生產。
由于乙烯裝置生產負荷的提高，裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）的負荷也隨之增加，主要表現為：系統中重烴較多，在急冷水塔（Ｅ－ＤＡ１０４）和裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）反復回旋，使裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）負荷過重，制約了乙烯裝置負荷的提高，于是對ＧＢ２０１系統進行了系列技術改造。
如表１所示，２０００年對ＧＢ２０１系統進行了技術改造ａ，即新建汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）。在二段吸入罐（Ｅ－ＦＡ２０２）中增加汽油槽，使重烴物質經ＧＡ２０８Ａ／Ｂ／Ｃ進入汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１），經塔內氣液分離后，塔頂輕組分氣體回到一段吸入罐，返回裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１），塔底粗汽油由ＥＧＡ２０１Ａ／Ｂ／Ｃ送往罐區，從而減輕了裂解氣壓縮機系統（ＧＢ２０１）的負荷，提高了生產能力。同時更換了堿洗塔（Ｅ－ＤＡ２０３）的填料，將凝液汽提塔（ＥＤＡ２０２）原有浮閥塔板改造為ＤＪ－３型塔板。近年來，汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）由于塔板效率不足，不能滿足乙烯裝置高負荷運行。于是，在２０１１年大檢修中，乙烯車間對汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）塔板進行技術改造ｄ，將浮閥式塔板全部更換為ＤＪ－５型高效塔板，大大改善了汽油汽提塔（Ｅ－ＤＡ２０１）的汽油汽提效果，有利于生產負荷的提高。
３．２　臨時線的新建與改造
乙烯裝置負荷不斷提高，丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）的工作能力嚴重制約著生產負荷的提高，特別是夏季溫度較高，丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）經常出現出口高溫高壓，冷劑用戶和吸入罐搶量等現象，使丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）大幅波動，影響后續系統的平穩，因此只有降低生產負荷以維持平穩生產。針對這一問題，大檢修期間，對
丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）的出口冷凝器進行技術改造，并在丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）中新建了多條臨時線。
表２中臨時線ａ是從Ｅ－ＦＡ５０６（丙烯冷劑收集罐）出口至Ｅ－ＦＡ５０４（四段吸入罐）底部ＵＣ閥新建臨時線，由于乙烯裝置投產后，在夏季，丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）出口經常高溫高壓，用此臨時線維持丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）的排出壓力。這一技術改造基本上解決了夏季裝置低負荷的瓶頸。
隨著裂解爐的不斷改造，乙烯裝置的負荷進一步提高，裂解氣壓縮機段間換熱器負荷加大，ＥＥＡ２０９（五段后冷卻器）的負荷加大，從而導致丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）三段冷劑用戶負荷增大，特別是Ｅ－ＥＡ２０９（三段冷劑用戶），Ｅ－ＥＡ４１２（三段冷劑用戶）和Ｅ－ＦＡ５０３出現爭搶量現象，導致低壓脫丙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０４）塔頂壓力升高出現放火炬情況。于是，在２００８年檢修期間，將臨時線ｂ改造成ｃ１和ｃ２兩條臨時線，從而保證了三段冷劑用戶的液位。同時，在Ｅ－ＥＡ５０１Ｂ的出口至臨時線ａ上新建一條臨時線ｄ，也有效降低了丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）的出口壓力。

２０１０年，乙烯裝置經歷小的檢修，可能是裝置的工況發生了變化，整個丙烯制冷壓縮機系統（ＧＢ５０１）出現大的波動，原有的幾條臨時線不能維持ＥＦＡ５０２，Ｅ－ＦＡ５０３和二段、三段冷劑用戶的液位。在高溫情況下，低壓脫丙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０４）和脫乙烷塔（Ｅ－ＤＡ４０１）塔壓高居不下，乙烯裝置只有將負荷由檢修前的６７Ｔ／Ｈ 降低到６０Ｔ／Ｈ，以維持生產運行。這一問題再一次制約了乙烯負荷的提高，于是，再對另一條臨時線ｂ進行了技術改造，即表２中ｅ１和ｅ２，其位置分別是Ｅ－ＦＡ５０４至Ｅ－ＦＡ５０３和Ｅ－ＦＡ５０４至ＥＦＡ５０２。同時，又增加了臨時線ｆ，即Ｅ－ＦＡ５０４至ＥＥＡ４１２的臨時線，當Ｅ－ＥＡ４１２的液位在以上幾條臨時線的調節下仍不能滿足時，可以投用此臨時線以保證Ｅ－ＥＡ４１２的液位。這次技術改造以后，段間罐液位和冷劑用戶液位再次找到平衡點，乙烯裝置的負荷得以恢復。
２０１３年，Ｅ－ＤＡ２０２的再沸器Ｅ－ＥＡ２１１工作狀況極差，為了Ｅ－ＤＡ２０２的正常運行，Ｅ－ＥＡ２１１需切出清洗。由于Ｅ－ＥＡ２１１進料閥內漏阻礙了Ｅ－ＥＡ２１１的正常切出，同時考慮到Ｅ－ＤＡ２０２可以單獨切出檢修，新增一條Ｅ－ＦＡ２０３至Ｅ－ＧＡ２０８的臨時線，當ＥＤＡ２０２需要單獨切出時，裂解氣壓縮機系統這股負
荷將有此臨時線送至Ｅ－ＤＡ２０１，從而實現了不影響正常生產的情況下，對Ｅ－ＤＡ２０２的切出。
４、意義與展望
乙烯裝置通過新建甲烷制冷壓縮機系統（ＧＢ３５０）、新建燃料氣壓縮機系統（ＧＢ３５１）、新建汽油汽提塔（ＤＡ２０１），新建換熱器、擴容換熱器、新增臨時線以及對它們的技術改造等，解決了一個又一個的生產瓶頸，從而保證了乙烯裝置持續高負荷生產的能力。
裂解單元革命式的技術改造，勢必帶來乙烯裝置的新生，壓縮系統也將面臨著新的挑戰。面對新的挑戰，在豐富技術改造經驗的指導下，壓縮系統一定可以通過新的技術改造迎接將來的挑戰，從而保證乙烯裝置安全高效的生產。 


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