前脱乙烷乙烯冷冻系统节能控制技术研究

时间：2024-05-20

陈丽,冯利,王桂英＊,栾国颜,孙纯国

（1.吉林化工学院石油化工学院;2.中国石油吉林石化公司乙烯厂,吉林吉林 132022）

乙烯是石油化工产业的主要代表产品，在石油化工中起主导地位。乙烯装置是石油化工行业中能耗最大的装置之一，其生产水平成为衡量一个国家或地区石油化工发展的主要标志。乙烯生产中分离很多是冷分离，最低温度为-102℃，制冷系统能耗特别大。本文对前脱乙烷乙烯冷冻系统进行节能技术研究，使节能的措施应用到实际生产中，让企业因节能取得更多的效益。

1 乙烯-丙烯复叠制冷循环系统

以丙烯为制冷剂构成的蒸汽压缩制冷循环中，其冷凝温度可采用38-42℃的环境温度（冷却水或者是空冷）。但是在维持蒸发压力不低于常压的条件下，其蒸发温度受丙烯沸点的限制只能达到-45℃的低温，所以使用乙烯为制冷剂的蒸汽压缩制冷系统，其蒸发温度可以降到-102℃，由于乙烯受临界点的影响，不能在环境下冷凝，冷凝温度必须低于9.9℃，所以，采用丙烯制冷循环为乙烯制冷循环提供冷量，这就是乙烯-丙烯复叠制冷循环[1]。

冷深冷级别分为：浅度冷冻（≥低于-50℃冷冻温度）；中度冷冻（-50～-100℃冷冻温度）；深度冷冻（≤-100℃冷冻温度）。

吉林市某乙烯厂采用前脱乙烷流程，丙烯冷剂用水冷降温，分-30℃、-20℃、0℃、12℃四个等级，乙烯冷剂用-30℃丙烯冷剂降温，分-57℃、-80℃、-101℃三个等级。因此在开车时，要先开丙烯机再用丙烯冷剂开乙烯机，整个过程称为复迭制冷。乙烯机除了提供乙烯冷剂外，还与乙烯精馏塔形成开式热泵，分离乙烯和乙烷，并向下游用户提供气相乙烯外送。

2 控制系统

对乙烯丙烯复迭制冷用空冷代替部分丙烯冷媒压缩机制冷的节能研究，控制系统尤为重要，新的节能方案中大量使用分程控制，如图1、图2所示。

图1 调节阀分程控制动作（同向）

图2 调节阀分程控制动作（反向）

3 丙烯冷冻系统优化方案

本次优化方案的控制点设计主要采用的是分程控制方案[2-3]（如图3）。

图3 分程控制方案

在压缩机两段、三段、四段管线出口分别加自动仪表控制，当温度低于3℃，开启两级压缩，当温度低于14℃高于3℃时，开启三段压缩，当外界温度高于14℃，开启原流程的四段压缩。

当开启三段压缩时，压缩机出口的气体为30.7℃，丙烯不经过冷凝水，而是直接进入空冷器E4620，使丙烯降温到8℃冷凝成液体（饱和液体），如果外界的温度高，不足以使丙烯降到8℃，这样的话就应该在空冷器的出口安装一个自动仪表TIC4620来分程控制丙烯的走向，当温度达到8℃，阀4620A打开，阀4620B关闭。当温度没有达到，阀4620A关闭，阀4620B打开，进入换热器E4621进行冷剂补偿，其中冷物流由闪蒸罐V-4602的塔底引出，在换热器的出口加控制仪表TIC4621，阀4621控制冷物流进口流量来控制物料的出口温度达到8℃，8℃的液态丙烯经过减压阀达到0℃温位。12℃的冷冻级别，就由空气直接进行冷却，这样在原本进入E3701的物料管路上加一个手动阀，当温度低于14℃高于3℃时，直接进入空冷器E4622，当温度高于14℃时，进入原流程E3701，所以，开启三段压缩机时，直接进入空冷器E4622，如果外界的温度高，不足以使丙烯降到12℃，这样的话就应该在空冷器的出口安装一个自动仪表T4622来分程控制丙烯的走向，当温度达到12℃，阀4622A打开，当温度没有达到12℃，阀4622A关闭，阀4622B打开，进入换热器E4623进行冷剂补偿，其中冷物流由闪蒸罐V-4602的塔底引出，在换热器的出口加控制仪表，阀4623控制冷物流进口流量来控制物料的出口温度达到12℃。

当开启两段压缩时，丙烯直接进入E4624空冷器，使丙烯降到-3℃的液体（饱和液体），如果外界的温度高，不足以使丙烯降到-3℃，同理，加一个换热器做为冷剂补偿，其中冷物流由闪蒸罐V-4602的塔底引出，温度达到-3℃后，经过减压阀达到-12℃温位。这样除了12℃的冷冻级别需要空冷器进行冷却之外，0℃的物料也需要进入空冷器E4626、E4628、E4630、E4632进行冷却，同理，若温度高，加一个换热器做为冷剂补偿。